[发明专利]一种具有分级结构的二氧化钛纳米纤维-纳米管及其制备方法

说明书

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种具有分级结构的二氧化钛纳米纤维‑纳米管，包括呈蜂窝状的二氧化钛纳米管，所述二氧化钛纳米管表面均匀包覆着二氧化钛纳米纤维。本发明的有益效果是：本发明所制备的二氧化钛纳米纤维/纳米管结构具有大量的孔道结构(管径100‑150纳米，管长5‑10微米)利于收集反应介质和传输电子，使其具有优良的光电性质。2、本发明所制备的二氧化钛纳米纤维‑纳米管在可见光照射下，其产生的光电流至少为单纯的二氧化钛纳米管所产生的三倍，其生成光电流到光电流稳定的反应时间为1‑2s，远小于纯二氧化钛纳米管的20s。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种具有分级结构的二氧化钛纳米纤维-纳米管及其制备方法。

背景技术

与能源和环境问题相关的材料制备及应用，是功能材料研究领域中的一个重大主题。作为经典的半导体光电材料，二氧化钛纳米材料因为具有形貌丰富可控、比表面积巨大、光能俘获效率高、能够有效促进光生载流子的分离和传递等特点，导致其在光能俘获、电荷分离、与介质接触等方面具有极大优势，所以在污染治理、能源利用等领域被寄予厚望。因为材料的微观结构对材料的性能会产生极其重要的影响，因此合成具有优良性能的二氧化钛材料从而扩大该材料器件的应用领域和范围成为研究的热点。近年来，因为低维度材料构成的分级结构因为在材料的光、电及化学性能等方面表现优异，因此，在低成本下开发出制备工艺简单、比表面积高、稳定度好的二氧化钛纳米分级结构材料是目前亟待解决的问题。

近年来，用一些传统的制备方法可获得各种不同的二氧化钛纳米分级结构，如利用模板法制备二氧化钛纳米空心球分级结构^[1]、利用阳极电镀技术制备二氧化钛纳米分支纳米管阵列^[2]、溶剂热法制备二氧化钛纳米纤维状分级材料^[3]，锌卟啉改性法制备二氧化钛纳米叶状分级结构^[4]。虽然目前已经制备出多种分级结构，对二氧化钛纳米材料的性能产生了较为显著的优化作用，但是研究现状存在种种不足，如反应过程比较复杂、设备要求较高、产物分级结构稳定性低等，这些不足直接导致已有工艺只能停留在实验室阶段，极大地限制了其推广和应用。

[1]J.G.Yu,W.Liu,H.G.Yu.A One-pot approach to hierarchicallynanoporous Titania hollow microspheres with high photocatalyticactivity.Crystal GrowthDesign,2008,8:930-934.

[2]B.Chen,K.Lu.Hierarchically branched Titania nanotubes withtailored diameters and branch numbers.Langmuir 2012,28:2937-2943.

[3]P.Si,S.J.Ding,J.Yuan,Hierarchically structured one-dimensionalTiO2 for protein immobilization,direct electrochemistry,and mediator-freeglucose sensing.ACS Nano,2011,5:7617-7626.

[4]C.Yang,Z.M.Yang,H.W.Gu,Facet-selective 2D self-assembly of TiO₂nanoleaves via supramolecular interactions.Chemistry of Materials,2008,20:7514-7520.

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有分级结构的二氧化钛钛纳米纤维-纳米管及其制备方法，整体制备工艺简单、成本低、制备出的二氧化钛钛纳米纤维-纳米管比表面积高、稳定度好。