[发明专利]一种分散通孔的TiO2纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种分散通孔的TiO₂纳米管的制备方法。

背景技术

TiO₂是一种重要的无机功能材料，被广泛应用于各种光催化反应技术中。TiO₂纳米管的出现进一步提高了的TiO₂的光催化性能，它比表面积高，纳米管排列有序，具有突出物理化学特性，在气敏、光催化、光解水、染料敏化太阳能电池等领域具备应用潜力。TiO₂纳米管的制备方法有水热法、模板法和阳极氧化法等，其中阳极氧化法所需要的条件简单、成本低廉、纳米管原位形成且纳米管的形貌容易通过阳极氧化条件控制，同时所制备的TiO₂纳米管与金属钛基底之间以肖特基势垒直接相连，结合牢固，不易脱落。与纳米TiO₂阵列相比，TiO₂纳米管比表面积大，载流子输送路径短、复合几率低。因此，阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列正得到越来越多的关注。

然而，利用钛片阳极氧化所制备的TiO₂纳米管与钛基片相连，纳米管底部一端封闭，纳米管之间紧密粘结。对于包括敏感元件、光电极在内的用途而言，纳米管底部阻挡层可能会导致电子与空穴的复合，同时阻挡气体或液体穿过纳米管，加之纳米管之间紧密粘结，气体或液体难以在管间扩散，纳米管外表面的界面反应难以持续进行。这些将会极大影响其效率的发挥，限制其应用领域，因此在打开纳米管底部阻挡层的同时扩展纳米管之间的空隙成为迫切解决的问题。

近年来，科研人员通过超声分散、溶剂蒸发、强酸腐蚀等多步法实现与钛基体的分离和通孔，最近也有在阳极氧化后期短时间升压来一步实现与钛基体的分离和通孔的报到，但纳米管之间紧密粘结，纳米管之间的空隙过小的问题还没有很好的解决方法。因此迫切需要制备分散通孔的TiO₂纳米管来满足光电子器件、太阳能电池等方面的应用需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种分散通孔的TiO₂纳米管的制备方法，解决了现有方法制备的TiO₂纳米管一端封闭且纳米管之间相互粘结的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种分散通孔的TiO₂纳米管的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在室温下，对经过表面处理的钛片进行阳极氧化，使钛片表面形成TiO₂纳米管阵列；

步骤2，将TiO₂纳米管阵列从钛片上分离；

步骤3，将步骤2分离下来的TiO₂纳米管阵列侵入到HF溶液中进行腐蚀反应，得到分散的TiO₂纳米管；

步骤4，将步骤3得到的TiO₂纳米管底部向下，置于装有HF溶液的容器之上，进行腐蚀反应，得到分散通孔的TiO₂纳米管。

本发明的特点还在于，

步骤1中钛片的纯度为99.99%，钛片的表面处理过程为：用砂纸打磨钛片表面，去除表面的划痕和氧化层，然后将打磨好的钛片依次放入丙酮和无水乙醇中清洗，再在去离子水中超声波清洗15min，以去除表面的油污，最后将钛片浸入化学抛光液中抛光30s，化学抛光液为HF、HNO₃和去离子水按体积比为1：3：6组成的混合溶液。

步骤1中阳极氧化是以经过表面处理的钛片为阳极，石墨电极为阴极，电解液为含0.25wt%NH₄F和5%H₂O的乙二醇混合溶液，电压为100V，氧化时间为10h。

步骤2中TiO₂纳米管阵列从钛片上分离的方法为：将阳极氧化后的钛片泡入装有无水乙醇中的试剂瓶中，然后一同放入超声波清洗机中振荡，直到钛片表面的黄色氧化层与钛片之间出现缝隙，将其取出放置于空气中，对准裂缝吹干乙醇；不断重复浸入无水乙醇和吹干两个过程，利用无水乙醇在蒸发过程中产生的表面张力使TiO₂纳米管阵列边缘发生分离，直到TiO₂纳米管阵列从钛片基底上完全分离开为止，最后将TiO₂纳米管阵列从钛片基底上取出、干燥得到TiO₂纳米管阵列。

步骤3中HF溶液的浓度为0.05～0.25wt%，腐蚀反应时间为50～215min。