[发明专利]TiO2纳米管阵列管与管空间填充聚乙撑二氧噻吩的复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学无机/有机复合材料领域，尤其涉及一种TiO₂纳米管阵列管的修饰方法及其应用，特别涉及一种选择性在TiO₂纳米管阵列管与管空间填充聚乙撑二氧噻吩的方法及其应用。

背景技术

利用阳极氧化法在钛基底制备的高度有序、顶端开口、垂直排列的TiO₂纳米管阵列（TNTs），具有大的比表面积、优良的电荷传递特性、优越光催化活性、在一定长度下可牢固附着于基底等特征，在水光解制氢、环境污染治理、染料敏化太阳能电池、传感器等领域具有广阔的应用前景。然而，将TiO₂纳米管阵列付诸实际应用，存在禁带宽、对太阳光的利用率低；长纳米管阵列的电导率仍较低，不能有效传递载流子。因此，需对其进行掺杂与修饰，拓宽可见光的响应范围、提高导电率。

利用化学气相沉积法制备的C-TiO₂纳米管，具有良好的电子传输能力和较高的吸附能力。将NH₃气流过300-700℃的有纳米管的石英管进行N掺杂，将纳米管浸在NH₃水溶液，然后热处理，N掺杂纳米管能带隙降到2.25V。其他非金属如F、P、S的掺杂发现也可增加可见光的吸收。利用电沉积技术，将贵金属金、铂、银沉积在TNTs的管内外，赋予了TNTs优异的光电性能。将窄禁带半导体与TiO₂纳米材料耦合，可提高TiO₂在可见光区的吸收，常用的窄禁带半导体包括AgI、PbS、Ag₂S、Cu₂O、Bi₂O₃、WO₃、Fe₂O₃等。用化学反应法将Fe₂O₃、WO₃、Cu₂O与TNTs耦合的复合材料，具有较好的可见光吸收性能，并能延长载流子的寿命。二元或三元半导体化合物，如Bi₂S₃、CdS、CdSe、CuS、In2S3、CuInS₂、AgInS₂等不仅光电转换效率高，而且能响应可见光。尽管掺杂修饰的TNTs具有较好的光电性能，但修饰纳米粒子长期在水溶液中的不稳定性可能阻碍其在工业中的应用。由于TNTs是高密集晶体，因此，对TiO₂纳米管的修饰更多的是纳米管内壁，对纳米管外壁的利用非常有限。

已有公开的专利（申请公布号CN 102418148 A）报道利用脉冲伏安法进行调控的电聚合反应，得到由二氧化钛纳米管、包覆在纳米管外壁和内壁面上聚吡咯纳米膜复合而成的同心轴中空结构的聚吡咯包覆二氧化钛纳米管复合阵列材料，或得到由沉积在二氧化钛纳米管内壁面上的聚吡咯导电膜、二氧化钛纳米管及沉积在二氧化钛纳米管外壁面上的聚吡咯导电膜构成的同心轴中空结构的夹套纳米管阵列。

已有公开的专利（申请公布号CN 102703952 A）以离子液体和有机溶液为电解液，在超声浴中通过阳极氧化制备碳硼氮掺杂双管TiO₂纳米管阵列。

目前，还没有利用导电、透明聚合物——聚乙撑二氧噻吩选择性修饰TiO₂纳米管内外壁的报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种选择性在TiO₂纳米管阵列管与管空间填充聚乙撑二氧噻吩的复合材料及其制备方法和应用。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种TiO₂纳米管阵列管与管空间填充聚乙撑二氧噻吩的复合材料，所述复合材料由在独立分离的TiO₂纳米管阵列管与管空间填充聚乙撑二氧噻吩构成。

作为优选方式，聚乙撑二氧噻吩选择性填充在独立分离的TiO₂纳米管阵列管与管10-30nm的空间内，填充长度等于或小于TiO₂纳米管阵列长度。

作为优选方式，所述独立分离的TiO₂纳米管阵列是指：纳米管内径20-80nm，壁厚20-50nm，管与管的间距10-30nm，管长大于500nm。

作为进一步优选方式，所述独立分离的TiO₂纳米管阵列是指：纳米管内径40-80nm，壁厚20-40nm，管与管的间距10-20nm，管长大于500nm。