[发明专利]一种脉冲阳极氧化制备高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜制备的方法

说明书

技术领域

一种脉冲阳极氧化制备高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备方法，更具体的说，利用阳极氧化方法结合波形控制技术在金属钛表面原位制备高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜，属于纳米管阵列薄膜技术领域。

背景技术

能源和环境污染是21世纪人类面对的首要问题。纳米技术和半导体光催化技术结合，应用于环境保护和治理，给环境污染和治理方面带来了新的机遇。纳米TiO₂以其优异的光催化性能，引起了国内外材料科学界的广泛关注，成为开发研究的热点之一。

虽然纳米TiO₂光催化剂以其无毒无害、氧化能力强、稳定性好而最为常用但目前其在使用过程中尚存以下一些问题:(1)纳米TiO₂颗粒细小，在废水处理过程中，易造成随水流失浪费，回收很困难。(2)光吸收效率较低，通过制备具有高比表面积的氧化钛纳米管是提高其光吸收特性的有效手段之一。(3)光生空穴-电子对极易复合而失去了催化作用，因而从经济角度看，如何提高纳米TiO₂的光催化效率，避免复合是一个急需解决的问题。

目前解决光生空穴-电子对的复合主要研究方向集中于制备有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜，采用阳极氧化的方法可在金属钛或钛薄膜上获得具有定向排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜，但一次氧化获得的二氧化钛纳米管阵列表面参差不齐，限制了其应用，尤其是限制了其作为模板制备二氧化钛纳米管复合阵列，虽然已有文献报道采用二次氧化的方法可在金属钛表面获得具有高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜，但是二次氧化工艺繁琐，且需要中间将一次氧化的二氧化钛纳米管阵列薄膜去除。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种原位制备高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜的方法。不仅能够获得高度有序（二氧化钛纳米管直且排列整齐）的二氧化钛纳米管阵列薄膜，且通过原位阳极氧化，工艺简单，一步完成。同时高度有序的二氧化钛纳米管阵列可作为一种模板用来制备二氧化钛纳米管阵列复合阵列薄膜。

一种脉冲阳极氧化制备高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜制备的方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）对金属钛片进行清洗处理；

（2）对金属钛片进行阳极氧化处理，将阳极氧化与脉冲控制技术相结合在金属钛基体上原位获得具有高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜，所采用电解质溶液为常见阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的电解质溶液；优选电解质溶液为含有F离子的水溶液或有机溶剂，更优选分别为：NH₄HF₂和NH₄H₂PO₄的混合水溶液或NH₄HF₂和乙二醇有机溶液，氧化电压为方波脉冲电压；且理论上，只要采用阳极氧化法能够制备出二氧化钛纳米管阵列薄膜的电压均适合本发明专利，优选阳极氧化采用的电压范围为10V-80V，波形宽度为5-30min。

（3）将步骤（2）阳极氧化获得二氧化钛纳米管阵列薄膜在300-600℃范围内进行1-6h热处理，可以获得锐钛矿型二氧化钛纳米管阵列薄膜。

本发明的有益效果是：

由于采用了阳极氧化结合脉冲控制技术，本发明制备的二氧化钛纳米管阵列具有高度有序的排列方式，本发明的工艺工程不同于常规的两步阳极氧化法制备高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜，因采用了脉冲信号控制技术省略了二次阳极氧化与中间溶解一次阳极氧化二氧化钛纳米管阵列薄膜的繁琐工艺，简化了工艺，工艺可重复性强，便于规模化生产；此外，由本发明提供的高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜可作为模板制备二氧化钛纳米管阵列薄膜的复合阵列，使其在具有广泛的应用前景。

附表说明：

本发明共设有3个附表，现分别说明如下：

表1：不同实施例采用的脉冲阳极氧化的工艺参数表；

表2：不同实施例采用的电解质溶液的成分表。

附图说明

图1：实施例3阳极氧化过程中电流随时间变化的曲线；

图2：实施例3制备的高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜的表面形貌（SEM）；

图3：实施例3制备的高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜的侧面形貌（SEM）；

图4：实施例3制备的二氧化钛纳米管阵列薄膜热处理前后物相分析（XRD）；