[发明专利]一种正八面体氧化亚铜复合二氧化钛纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米管，尤其是涉及一种可见光响应的正八面体氧化亚铜复合二氧化钛 纳米管阵列的制备方法。

技术背景

在各种形貌、结构的纳米材料中，氧化钛(TiO₂)纳米管阵列因将功能性与结构可控性 相结合，而引起人们的广泛关注，其不仅具有比表面积大的优势，而且在光催化、染料敏化 太阳能电池、传感、电致变色、生物医学工艺等领域也有突出的表现。与水热法和模板-辅助 沉积法等制备方法相比，阳极氧化法可以制备出形貌可控的TiO₂纳米管阵列，且具有简单便 捷的优势。相比较而言，TiO₂纳米管阵列膜比TiO₂纳米颗粒薄膜具有更大的比表面积和更高 的表面能，并且形成于钛片基底上(纳米管与钛基底垂直)，阵列膜层与基体结合牢固，比粉 体更容易回收，从而实现了多次的循环利用。然而，从光催化效率来看，TiO₂纳米管阵列仍 存在一些不足，主要表现在两个方面：一是，TiO₂是宽禁带(Eg＝3.2eV)半导体化合物，只 有在波长较短的太阳光能(λ<387nm)才能被吸收，太阳能利用率低；二是，TiO₂纳米管的 光生电子-空穴对的复合率仍然较高，光催化活性低。若能在管中装入更小的无机、有机、金 属或磁性纳米粒子组装成复合的纳米材料，将会大大改善TiO₂纳米管阵列的光电、电催及催 化性能，提高太阳能的利用率。

复合纳米半导体是将至少两种具有不同能带结构的纳米半导体以某种方式结合在一起， 形成复合型纳米材料。这种复合能使窄带隙半导体敏化为宽带隙半导体，并能使宽带隙半导 体作为光催化剂的光化学反应拓宽至可见光区。氧化亚铜(Cu₂O)是p型半导体材料，禁带 宽度约为2.1eV，可被波长为600nm的可见光激发。在太阳能电池的研究中已发现Cu₂O有 出人意料的高稳定性，大量实验表明，多晶态的Cu₂O可反复使用而不会被还原为Cu⁰或氧化 成Cu²⁺。

P型Cu₂O与n型的TiO₂相结合构建的异质结有下列优点：1)窄带隙的Cu₂O吸收可见 光，将TiO₂的吸收光谱从紫外去拓展到可见区，提高了对太阳光的利用率；2)光生载流子 能够很快从Cu₂O本体扩散到表面，由于Cu₂O导带位置高于TiO₂的导带位置，以及他们之 间极大的接触面积，Cu₂O产生的光生电子能很快转移到TiO₂的导带上，降低Cu₂O上电子空 穴对复合的概率；3)Cu₂O与TiO₂之间形成的能垒能阻止TiO₂激发的光生载流子反响转移到 电解液，减少了电极/溶液界面上的法拉第电流，提高了阳极光电流的响应。

TiO₂纳米管阵列的研究工作虽然今年来已经取得了显著的成功，但是在TiO₂纳米管阵 列上复合八面体Cu₂O的工作却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种八面体氧化亚铜复合二氧化钛纳米管阵 列的制备方法。

本发明具体步骤如下：

(1)将基底材料表面进行清洁预处理；

(2)配制TiO₂纳米管阵列膜：

选取0.1～5wt％HF和0.1～5wt％H₂O的乙二醇溶液为TiO₂纳米管阵列膜的电解液，铂片为 对电极，对基底材料进行电化学阳极氧化，即在基底材料表面构筑一层排列有序、尺寸可控 的TiO₂纳米管阵列膜，再将膜层进行热处理；

(3)配置工作电解液：

配制铜盐浓度为0.001～1mol/L的乳酸基础溶液A，将4～6mol/L的NaOH溶液以1-2ml/min 的速度滴加入在所述溶液A中并不断搅拌，调节其pH到8～12后，将其在水浴下加热备用；