[发明专利]铁酸镧纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛纳米管阵列，尤其是涉及铁酸镧纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米管阵列的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂作为一种极具发展前景的半导体材料，已经成为光电材料领域中的一大研究热点。TiO₂因其良好的稳定性、无毒性、以及低能耗的制备过程而被广泛应用于太阳能材料领域。在诸多被探明的具有良好的光催化性能的TiO₂材料中，通过阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列具有良好的电荷传输性、较高的比表面积和结构高度有序等特点，因而被认为是最有前途的纳米结构TiO₂之一(1.G.K.Mor,O.K.Varghese,M.Paulose,K.Shankar,C.A.Grimes.A review on highly ordered,vertically oriented TiO₂ nanotube arrays:fabrication,material properties,and solar energy applications.Sol.Energy Mater.Sol.Cells,2006,90,2011-2075.)。然而，作为一种光催化材料，TiO₂纳米管阵列仍然存在以下两点不足：其一，由于TiO₂纳米管阵列带隙较大(约3.2eV)，导致在可见光波段的光吸收很低，对太阳能的利用率十分有限；其二，较高的光生电子和空穴复合率导致了TiO₂纳米管阵列较低的光催化活性(2.F.Fabregat-Santiago,E.M.Barea,J.Bisquert,G.K.Mor,K.Shankar,C.A.Grimes.High carrier density and capacitance in TiO₂ nanotube arrays induced by electrochemical doping.J.Am.Chem.Soc.,2008,130(34):11312-11316.)。为了将TiO₂纳米管阵列的光谱响应范围扩展至可见光区，从而高效利用太阳光，研究者们采用多种方法对其进行改性，常用的方法主要有非金属掺杂和半导体复合。

与非金属掺杂相比，半导体复合对TiO₂纳米管阵列可见光吸收的增强和光催化速率的提高效果更为显著。半导体复合主要是将两种价带、导带、禁带宽度不同的半导体材料通过耦合作用结合在一起，使光生载流子可以在两种半导体之间传输与分离，延长了光生电子的寿命。将窄带隙半导体复合到TiO₂纳米管阵列上可以有效地将其光谱响应范围扩展至可见光区。铁酸镧(LaFeO₃)钙钛矿材料兼具强电介质和磁性极化两种性质，由于其带隙较窄(约2.1-2.6eV)，可以作为一种可见光响应型光催化剂(3.V.Celorrio,K.Bradley,O.J.Weber,S.R.Hall,D.J.Fermín.Photoelectrochemical properties of LaFeO₃nanoparticles.Chem.Electro.Chem.,2014,1(10):1667-1671.)。研究表明，LaFeO₃材料对可见光有较强的吸收和光催化活性，可用于可见光降解含亚甲基蓝和罗丹明B的染料废水(4.P.Tang,Y.Tong,H.Chen,F.Cao,G.Pan.Microwave-assisted synthesis of nanoparticulate perovskite LaFeO₃ as a high active visible-light photocatalyst.Curr.Appl.Phys.,2013,13(2):340-343.)。同时，该材料的铁电体性质有助于增强光生载流子的分离效率。更重要的是，LaFeO₃是一种p型半导体，与n型半导体TiO₂复合后，二者之间能形成p-n结有利于光生电荷的传输和分离。

发明内容

本发明的目的在于提供铁酸镧纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米管阵列的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将基底进行表面清洁预处理；