[发明专利]一种钯复合二氧化钛纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开一种钯复合二氧化钛纳米材料的制备方法。本发明采用水热法制备二氧化钛纳米管，将二氧化钛纳米管颗粒置于管式炉中，然后在沸腾的CCl₄液体中充入N₂，产生的混合气体导入管式炉；纳米钯填充上述缺陷二氧化钛纳米管。本发明方法采用CCl₄蚀刻二氧化钛纳米管，在二氧化钛纳米管上形成空孔缺陷，有利于钯在二氧化钛纳米管的填充，形成钯填充掺杂和纳米管缺陷双重协同效应。

技术领域

本发明属于无机复合纳米材料技术领域，涉及金属钯和无机半导体二氧化钛纳米材料，具体是一种钯填充二氧化钛纳米管的制备方法。

背景技术

具有大的比表面积、中空管状结构特征的二氧化钛纳米管是一种重要的无机功能半导体纳米材料，具有良好的光电、光敏、气敏、压敏等特性，在电子器件、催化、能源转化与储存及生物体植人材料等方面有着广泛应用。近年来,贵金属钯纳米颗粒与二氧化钛纳米管的复合纳米材料的研究受到了较多的关注。贵金属钯纳米颗粒复合二氧化钛纳米管可以有效捕获光生电子,促进了电子和空穴的分离,抑制光生电子-空穴的复合。尤其是在二氧化钛纳米管内填充贵金属金纳米颗粒，其独特的纳米限域效应赋予填充材料新颖的物理和化学性质。厦门大学陈声培、陈燕鑫、孙世刚、黄蕊等发明了二氧化钛纳米管载钯纳米催化剂及其制备方法(申请号：201210185053.6)，先制备二氧化钛纳米管阵列电极，在二氧化钛纳米管阵列电极上化学沉积钯纳米粒子，该催化剂可用于制备燃料电池，作为电催化剂用于有机电合成。但该专利纳米钯主要沉积在二氧化钛纳米管外表面，此外由于采用电化学阳极氧化法获得的二氧化钛纳米管管径大，纳米限域效应有限。采用水热法制备得到二氧化钛纳米管虽然管壁薄、长径比高，但管经很小，只有不到10nm,这对在二氧化钛纳米管内进行贵金属钯纳米颗粒充填无疑带来了很大的困难。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米钯填充二氧化钛纳米管的制备方法。该方法克服了二氧化钛纳米管充填的困难，能有效获得贵金属钯/二氧化钛纳米管复合材料。

本发明方法的具体技术方案是：

步骤(1).采用水热法制备二氧化钛纳米管：

将Degussa P-25二氧化钛纳米颗粒加入到装有浓度为10～15M的氢氧化钠水溶液的塑料容器中搅拌分散，然后转入内衬聚四氟乙烯材料的不锈钢反应釜中进行反应，反应温度为100～140℃，反应时间15～30小时；反应结束后冷却至常温，过滤取沉淀物，用去离子水洗涤，在马弗炉中400～500℃下煅烧2～4小时。然后，放置在0.1M稀硝酸水溶液浸泡12～24小时，再用去离子水清洗至溶液pH＝7，经烘箱干燥后得到二氧化钛纳米管颗粒；

步骤(2).二氧化钛纳米管缺陷的形成：

将二氧化钛纳米管颗粒置于管式炉中，然后在沸腾的CCl₄液体中充入N₂，产生的混合气体导入管式炉。N₂的流速为5～20ml/min，管式炉的温度控制为400～600℃，时间为0.5～2小时。

步骤(3).纳米钯填充二氧化钛纳米管：

将0.5～1mlPdCl2水溶液和0.1～0.5ml碱性水溶液加入到25mL乙二醇中。然后加入O.O5～0.1g缺陷的二氧化钛纳米管颗粒，真空下搅拌2～4小时。搅拌后将混合液置于微波炉(245O MHZ,7OO W)中加热30～6Os,过滤后用丙酮充分洗涤，干燥后获得钯填充二氧化钛纳米管材料。

所述的PdCl2水溶液浓度为0.01～0.1mol/L；所述的碱性水溶液为NaOH或KOH水溶液的一种或二种混合，浓度为0.1～0.5mol/L。

本发明方法采用CCl₄蚀刻二氧化钛纳米管，在二氧化钛纳米管上形成空孔缺陷，有利于钯在二氧化钛纳米管的填充，形成钯填充掺杂和纳米管缺陷双重协同效应。