[发明专利]一种利用阴极辉光放电电解等离子体技术制备TiO2

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种利用阴极辉光放电电解等离子体技术制备TiOsubgt;2/subgt;纳米粒子的方法，用高压直流电源提供电能，用Ti箔作为阳极，用Pt针尖作为阴极，用NaF溶液作为电解液；当阴阳两电极间施加足够高的电压和电流时，阴极铂针与周围溶液之间产生明亮的辉光，形成稳定的辉光放电等离子体；放电过程中阳极Ti箔被消耗，溶液中逐渐产生白色沉淀；在磁力搅拌子持续搅拌下放电一段时间，得到白色浊液；将浊液离心分离，并将产物依次用无水乙醇、蒸馏水洗涤数次，干燥，研磨，得到白色产物即为TiOsubgt;2/subgt;纳米颗粒。本发明具有以下有益效果：用NaF溶液为电解液，CTAB为稳定剂，以牺牲阳极Ti箔的阴极辉光放电电解(CGDE)等离子体技术，一步制得高纯度的TiOsubgt;2/subgt;纳米粒子。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种利用阴极辉光放电电解等离子体技术制备TiO₂纳米粒子的方法。

背景技术

纳米材料一般是指至少在一个维度上尺寸小于100nm的材料。由于纳米材料在维度上的限制，使得纳米粒子中的电子态、激发态和相互作用过程与常规粒子相比表现出许多优异性质，如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，从而使其在力学、光学、电学、磁学、生物学等领域具有比普通材料更优异的性能。

在众多纳米材料中，TiO₂纳米颗粒是最重要的过渡金属氧化物之一，由于其化学性质稳定、光催化活性较高、无毒和成本低等优点，已广泛应用于光催化剂、超级电容器、染料敏化太阳能电池和生物医药等领域。众所周知，TiO₂的性能与形貌、尺寸和结晶度密切相关。目前，为了得到性能较好的TiO₂，可采用溶胶-凝胶法、电化学阳极氧化法、水热法、溶剂热法、水解法和微乳液等方法，通过这些方法可制备出花状、棒状、管状和球状等不同形貌的TiO₂纳米粒子。然而，这些方法需要使用有害且昂贵的试剂(如氢氟酸、四氯化钛)、较高的反应温度(超过100℃)、较长的反应时间。为了克服以上不足，迫切需要开发一种新型、简单、环保的TiO₂纳米粒子制备方法。

阴极辉光放电电解(CGDE)是一种新型的在溶液中产生等离子体的电化学方法。其以铂针和金属棒(片)为两电极，当向两电极之间施加足够高的电压时，铂针周围的溶液被汽化，发出辉光，产生等离子体。等离子体中的H˙,HO˙和e_aq^-等高活性物质(其产率远远高于法拉第定律所预期的值)可以迅速进入溶液中，从而在等离子体-液体界面引发一些复杂的物理化学反应。近20年来，CGDE技术已广泛应用于废水净化、表面改性、有机合成化学和光谱分析等领域。然而，用CGDE技术制备纳米粒子的报道较少，特别是用CGDE技术制备TiO₂纳米粒子还未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中TiO₂纳米粒子的制备过程复杂、条件苛刻、生产成本偏高等缺陷，基于辉光放电电解等离子体的优势，提供一种方便、快捷、绿色的TiO₂纳米粒子的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用阴极辉光放电电解等离子体技术制备TiO₂纳米粒子的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：用高压直流电源提供电能，用Ti箔作为阳极，用Pt针尖作为阴极，用NaF溶液作为电解液，且在电解液中加入适量CTAB作为稳定剂，回路中加入电阻稳定电流；

步骤(2)：当阴阳两电极间施加足够高的电压和电流时，阴极铂针与周围溶液之间产生明亮的辉光，形成稳定的等离子体；

步骤(3)：放电过程中阳极Ti箔被消耗，溶液中逐渐产生白色沉淀；

步骤(4)：在磁力搅拌下持续放电一段时间，得到白色浊液；