三電極法製備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列的製作方法

2023-07-21 23:26:21

專利名稱：三電極法製備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列的製作方法
技術領域：
本發明屬於納米功能材料製備技術領域，特別是三電極法製備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列。
背景技術：
隨著人類進入21世紀，一場以節約能源和資源、保護環境、減少環境汙染、實現可持續發展為目標的新工業革命正在興起。太陽能作為一種潔淨的新能源，具有取之不盡又不會造成任何汙染的優點，因此圍繞太陽能開展的研製高效光電催化劑的工作成為當今科學研究的熱點。TiO2光催化材料是最有應用潛力的一種光催化劑，因其作為典型的過渡金屬氧化物，具有化學穩定性高、廉價、無毒、催化活性強和光電轉換效率高等優異的物理化學性能，在光催化材料、光電轉換材料和自潔殺菌材料等方面有著較為廣泛的應用。如何制 備出具有更高、更有效的TiO2光催化材料也成為了研究者們的首要課題。在眾多形貌納米TiO2材料中，因TiO2納米管具有比粉體、薄膜更大的比表面積和孔體積，具有更強的吸附能力，表現出更高的光催化性能。TiO2納米管的製備方法主要有水熱合成法、模板法和陽極氧化法等，其中，陽極氧化法具有良好的可控性、操作容易、不易脫落、易回收等優點而成為製備TiO2納米管的重要方法之一。用電化學方法將高純度的金屬鈦片置於含氟的電解液中，進行陽極氧化，在鈦片上製備出高度有序的TiO2納米管陣列。目前，使用陽極氧化法製備TiO2納米管陣列，首要解決的問題是如何使用該方法製備垂直取向、高長徑比、管貌均勻、高比表面積的二氧化鈦納米管陣列。本發明採用三電極體系即石墨電極一鈦片一石墨電極，在有機電解液體系中通過改變電解液體系中氟化銨的含量以及水分含量等，製備出較單壁納米管在垂直取向性、長徑比、管貌均勻性、比表面積、光催化性能等方面更加優越的雙壁TiO2納米管陣列。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有良好光催化性能的雙壁TiO2納米管陣列的製備方法。具體步驟為
(1)將厚度為O.Γ0. 5 mm、純度為99. 5%以上的高純鈦片放入總體積為18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液中進行化學拋光，然後分別用丙酮、無水乙醇和去離子水對高純鈦片進行超聲清洗各20分鐘，取出後用去離子水清洗，清洗完畢後烘乾；
(2)取去離子水、乙二醇和氟化銨混合溶液做電解液，其中，去離子水乙二醇的體積比為f 15 :99 85，氟化銨的質量為混合溶液的O. I 1% ；
(3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽極，兩個石墨棒為陰極，陽極氧化採用三電極體系，室溫下採用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，採用直接加電壓法電壓調節到所需電壓後，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過程採用集熱式恆溫磁力攪拌器對氧化體系進行攪拌，速度為120 r/min，氧化時間為10 150小時；
(4)將步驟(3)反應後的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾乾待用；
(5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恆溫煅燒3小時後冷卻至室溫，煅燒溫度為200°C 1000°C，升溫速度為20°C / min ；
所用化學試劑均為分析純。本發明製備方法簡單，易於控制，採用三電極體系，在鈦片的兩表面均製備出更好垂直取向性、高長徑比、管貌均勻和具有良好光催化性能的雙壁TiO2納米管陣列；大幅度提聞了比表面積，有效地提聞了欽片的利用率。



圖I是實施例I的SEM橫截面圖。圖2是實施例I的SEM俯視圖。圖3是實施例I的光催化降解率圖。圖4是實施例2的SEM俯視圖。圖5是實施例2的光催化降解率圖。
具體實施例方式實施例I :
(1)將高純鈦片(純度為99.5%，厚度為O. 2 mm)剪成面積為O. 8 cm X 4 cm，在裝有總體積18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液的四氟乙烯燒杯中進行化學拋光，然後分別用丙酮、無水乙醇和去離子水對高純鈦片進行超聲清洗各20分鐘，取出後用去離子水清洗，放入去離子水中封存；
(2)取240ml乙二醇於聚四氟乙烯電解槽中，加入10 ml去離子水，O. 98 g氟化銨，用磁力攪拌器隔夜攪拌得電解液；
(3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽極，兩個石墨棒為陰極，陽極氧化採用三電極體系，室溫下採用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，採用直接加電壓法，電壓調節到所需電壓後，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過程採用集熱式恆溫磁力攪拌器對氧化體系進行攪拌，速度為120 r/min，氧化時間為60小時；
(4)將步驟(3)反應後的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾乾待用；
(5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恆溫煅燒3小時後冷卻至室溫，煅燒溫度為500°C，升溫速度為20°C / min ；
所用化學試劑均為分析純。通過掃描電鏡(見圖1、2)說明了樣品的微觀形貌。把所製備的雙壁二氧化鈦納米管陣列對甲基橙進行紫外光降解實驗。具體操作如下將製備好的雙壁TiO2納米管陣列放入裝有50 ml新配置的5 mg/L甲基橙溶液的燒杯中，用20 W紫外燈進行照射30小時，用分光光度計測定不同光照時間點的甲基橙溶液的吸光度A，A0為初始吸光度，計算雙壁TiO2納米管陣列對甲基橙的降解率，並繪製曲線圖，如圖3。由圖可以看所製備的雙壁TiO2納米管陣列對甲基橙表現出了較高的光催化性能。實施例2:
(1)將高純鈦片(純度為99.5%，厚度為O. 2 mm)剪成面積為O. 8 cm X 4 cm，在裝有總體積18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液的四氟乙烯燒杯中進行化學拋光，然後分別用丙酮、無水乙醇和去離子水對高純鈦片進行超聲清洗各20分鐘，取出後用去離子水清洗，放入去離子水中封存；
(2)取237.5 ml乙二醇於聚四氟乙烯電解槽中，加入12. 5 ml去離子水，I. 22 g氟化銨，用磁力攪拌器隔夜攪拌得電解液；
(3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽極，兩個石墨棒為陰極，陽極氧化採用三電極體系，室溫下採用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，採用直接加電壓法，電壓調節到 所需電壓後，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過程採用集熱式恆溫磁力攪拌器對氧化體系進行攪拌，速度為120 r/min，氧化時間為60小時；
(4)將步驟(3)反應後的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾乾待用；
(5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恆溫煅燒3小時後冷卻至室溫，煅燒溫度為500°C，升溫速度為20°C / min ；
所用化學試劑均為分析純。通過掃描電鏡(見圖4)說明了樣品的微觀形貌。把所製備的雙壁TiO2納米管陣列對甲基橙進行紫外光降解實驗。具體操作如下將製備好的雙壁TiO2納米管陣列放入裝有50 ml新配置的5 mg/L甲基橙溶液的燒杯中，用20 W紫外燈進行照射30 h，用分光光度計測定不同光照時間點的甲基橙溶液的吸光度A，A0為初始吸光度，計算雙壁TiO2納米管陣列對甲基橙的降解率，並繪製曲線圖，如圖5。由圖可以看所製備的雙壁TiO2納米管陣列對甲基橙表現出了較高的光催化性能。
權利要求
1.一種雙壁二氧化鈦納米管陣列的製備方法，其特徵在於具體步驟為 (1)將厚度為O.Γ0. 5 mm、純度為99. 5%以上的高純鈦片放入總體積為18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液中進行化學拋光，然後分別用丙酮、無水乙醇和去離子水對高純鈦片進行超聲清洗各20分鐘，取出後用去離子水清洗，清洗完畢後烘乾； (2)取去離子水、乙二醇和氟化銨混合溶液做電解液，其中，去離子水乙二醇的體積比為f 15 :99 85，氟化銨的質量為混合溶液的O. I 1% ； (3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽極，兩個石墨棒為陰極，陽極氧化採用三電極體系，室溫下採用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，採用直接加電壓法電壓調節到所需電壓後，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過程採用集熱式恆溫磁力攪拌器對氧化體系進行攪拌，速度為120 r/min，氧化時間為10 150小時； (4)將步驟(3)反應後的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾乾待用； (5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恆溫煅燒3小時後冷卻至室溫，煅燒溫度為200°C 1000°C，升溫速度為20°C / min ；所用化學試劑均為分析純。
全文摘要
本發明公開了一種三電極法製備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列。採用石墨電極—鈦片—石墨電極三電極氧化體系，以具有高電阻率、高黏度的乙二醇有機溶劑作為電解液，通過改變氟化銨和水分的含量，製備出高比表面積的雙壁TiO2納米管。本發明製備方法簡單，易於控制，採用三電極體系，在鈦片的兩表面均製備出更好垂直取向性、高長徑比、管貌均勻和具有良好光催化性能的雙壁TiO2納米管陣列；大幅度提高了比表面積，有效地提高了鈦片的利用率。
文檔編號C25D11/26GK102817062SQ20121030747
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者肖順華, 寶音, 蔣英, 王任衡 申請人:桂林理工大學