[发明专利]一种氢化处理的TiO2纳米管阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种氢化处理的TiO₂纳米管阵列及其制备方法。

背景技术

半导体利用太阳光及红外光进行光解水制氢及分解水中污染物的能力引起了众多国家的重视，但是由于光生电子与空穴的复合速率过快而限制了半导体在光催化领域的应用。TiO₂纳米粉体，特别是TiO₂纳米管阵列由于具有巨大的比表面积，可促进表面反应的迅速进行，因此作为一种半导体催化剂被广泛的应用于以利用太阳能为基础的清洁能源和环境领域中。目前为了提高TiO₂纳米材料利用太阳能，特别是利用可见光的效率，众多的学者开展了金属或非金属掺杂的研究。通过掺杂，在某种程度上提高了TiO₂纳米材料利用可见光的效率。就目前而言，氮掺杂TiO₂纳米材料展示出最大的可见光响应能力，但是其利用可见光及红外光的能力明显不足。此外，未经热处理或经传统技术热处理获得的TiO₂纳米材料的导电性能差，因此限制了TiO₂纳米材料在电化学领域中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有优良的利用可见光及红外光能力且导电性能得到明显提高的TiO₂纳米管阵列。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氢化处理的TiO₂纳米管阵列，其特征在于，该氢化处理的TiO₂纳米管阵列中Tiⁿ⁺占钛离子总数的1％～30％，其中n为不大于3的正整数；所述氢化处理的TiO₂纳米管阵列的颜色为黑色或墨绿色，电导率为0.01S·cm^-1～8.9S·cm^-1。

上述的一种氢化处理的TiO₂纳米管阵列，所述氢化处理的TiO₂纳米管阵列中Tiⁿ⁺占钛离子总数的3％～20％。

上述的一种氢化处理的TiO₂纳米管阵列，所述氢化处理的TiO₂纳米管阵列中Tiⁿ⁺占钛离子总数的8％～15％。

上述的一种氢化处理的TiO₂纳米管阵列，所述氢化处理的TiO₂纳米管阵列为掺杂或非掺杂TiO₂纳米管阵列，所述掺杂TiO₂纳米管阵列中的掺杂物为Nb、Ta、Zr、Fe、Al和V中的一种、两种或三种。

本发明还提供了一种氢化处理的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将厚度为100μm～300μm的金属片机械加工成面积为1cm²～80cm²的方形片或圆形片，接着将加工后的金属片用碳化硅砂纸打磨光亮，然后依次用丙酮、乙醇清洗干净，烘干待用；所述金属片为钛片或钛合金片，所述钛合金片中钛的质量百分含量为50％以上，所述钛合金片为二元钛合金片、三元钛合金片或四元钛合金片；

(2)将步骤(1)中烘干后的金属片作为阳极置于电解槽中，以铂片作为阴极，在电压为20V～150V，温度为10℃～70℃的条件下电解氧化7h～128h，然后将电解氧化后的金属片置于无水乙醇中超声振荡，得到与金属片分离的TiO₂纳米管阵列；

(3)将步骤(2)中所述TiO₂纳米管阵列在氢气气氛保护下，温度为200℃～1300℃的条件下热处理0.5h～50h，氢气的流量为2×10^-2m³.min^-1～9×10^-2m³.min^-1，得到氢化处理的TiO₂纳米管阵列。

上述步骤(1)中所述二元钛合金片为TiNb合金片、TiTa合金片、TiZr合金片、TiFe合金片、TiV合金片或TiAl合金片。

上述步骤(1)中所述三元钛合金片为Ti与Nb、Ta、Zr、Fe、Al和V中的两种组成的三元钛合金片。

上述步骤(1)中所述四元钛合金片为Ti与Nb、Ta、Zr、Fe、Al和V中的三种组成的四元钛合金片。