[發(fā)明專(zhuān)利]一種微通道垂直生長(zhǎng)TiO2包覆ZnO納米棒陣列的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910197645.8
• 申請(qǐng)日: 2009-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101774537A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏志;何中媛;李耀剛;張青紅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B82B3/00
• 分類(lèi)號(hào): B82B3/00;B01J23/06
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米技術(shù)和微流控技術(shù)交叉領(lǐng)域，特別是涉及一種微通道內(nèi)表面上垂直生 長(zhǎng)TiO₂包覆ZnO納米棒陣列的制備方法。

背景技術(shù)

利用半導(dǎo)體納米材料如TiO₂、ZnO等光催化降解有機(jī)污染物和光分解水已經(jīng)引起了人 們的極大研究興趣，然而在實(shí)際應(yīng)用中，納米催化劑從反應(yīng)液中的分離和再生利用是限制 其廣泛使用的一大問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，一些研究者曾試圖將納米催化劑如TiO₂納米顆 粒固定在各種各樣的負(fù)載上(如纖維、Al₂O₃基底等)，但是這樣卻大大降低了催化劑與反 應(yīng)液的固液接觸面積。此外影響半導(dǎo)體光催化效率的另一主要原因是光生載流子的快速?gòu)?fù) 合，為此人們提出利用耦合半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)電子和空穴的分離。據(jù)報(bào)道，TiO₂/ZnO耦合納米顆 粒已經(jīng)顯示出比單純的TiO₂或者ZnO較強(qiáng)的光催化性能(J.Phys.Chem.B?105(2001) 1033-1040)，而且一維納米材料如ZnO納米線(xiàn)(J.Phys.Chem.C?112(2008)8850-8855)，四 角ZnO納米棒(J.Cryst.Growth?311(2009)1378-1384)等也顯示出較強(qiáng)的光催化性能。而 納米棒結(jié)構(gòu)固定在特定基底上對(duì)降低固液接觸面積不會(huì)有顯著影響，故TiO₂納米顆粒包覆 的ZnO納米棒固定在基底上將是人們所期待的具有高催化活性的優(yōu)良光催化劑。

化學(xué)反應(yīng)的微型化是近年來(lái)化工技術(shù)領(lǐng)域的一大趨勢(shì)?；谖⑼ǖ赖奈⒎磻?yīng)器較常規(guī) 反應(yīng)器顯示出了巨大的優(yōu)勢(shì)，如高的比表面積、快速的熱量和質(zhì)量傳遞等，使其在連續(xù)光 催化反應(yīng)和有機(jī)合成以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用前景。將TiO₂包覆的ZnO納米棒 垂直生長(zhǎng)在微通道的內(nèi)表面上將是非常有意義的。首先一維納米結(jié)構(gòu)將極大地增大微通道 的比表面積；其次若用作光催化微反應(yīng)器將避免納米催化劑在使用過(guò)程中引起的團(tuán)聚和使 用后的分離，并且借助微反應(yīng)器的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)將實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)的光催化過(guò)程；最后半導(dǎo)體 納米結(jié)構(gòu)在微通道內(nèi)表面上的固定將實(shí)現(xiàn)微流控器件的一些其他功能化設(shè)計(jì)，如可以通過(guò) 光催化清洗被有機(jī)物污染的微通道，特別是用于有機(jī)合成的微通道的重復(fù)使用。

本發(fā)明旨在提供一種新型的在微通道內(nèi)表面上垂直生長(zhǎng)TiO₂包覆ZnO納米棒陣列的 制備方法。本方法將一維納米材料的制備與微流控通道的修飾、改性結(jié)合起來(lái)，力求設(shè)計(jì) 出用于快速、連續(xù)光催化的微反應(yīng)器，而且本方法過(guò)程簡(jiǎn)單、耗費(fèi)小，結(jié)合納米科技的最 新研究成果將大大促進(jìn)基于微通道的微/納米器件的功能化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微通道垂直生長(zhǎng)TiO₂包覆ZnO(TiO₂/ZnO)納米棒陣列的 制備方法。

本發(fā)明提供一種微通道垂直中生長(zhǎng)TiO₂包覆ZnO納米棒陣列的制備方法，包括：

(1)微通道的清洗

以玻璃毛細(xì)管作為微通道，將微通道浸泡于洗液I中在110～130℃下10～30min，去離 子水沖洗后，再將微通道浸泡于洗液II中在60～80℃下浸泡10～30min，最后用去離子水沖 洗后并烘干；

(2)微通道內(nèi)表面上ZnO晶種層薄膜的制備

配制0.001～0.01M鋅鹽的醇溶液，0.004～0.04M堿的醇溶液，兩溶液分別吸入兩支 10mL的注射器，設(shè)定微注射泵推速為5～50μL/min，將兩溶液同時(shí)輸送到預(yù)先置于30～ 80℃烘箱中的微通道中，流體注滿(mǎn)微通道后停止輸送，將烘箱溫度升高至150～200℃退火， 時(shí)間1～2h，先后利用無(wú)水乙醇、去離子水清洗微通道，并在150～160℃下烘干1～2h， 在微通道內(nèi)表面上得到ZnO晶種層薄膜；

(3)微通道內(nèi)表面上垂直生長(zhǎng)的ZnO納米棒陣列的制備

配制0.025～2M的鋅鹽溶液，0.025～2M的胺溶液，兩溶液分別吸入兩支10mL的注 射器，設(shè)定微注射泵推速為5～50μL/min，將兩溶液同時(shí)輸送到已預(yù)制有ZnO晶種的微通 道中，烘箱中85～120℃下反應(yīng)60～120min后，停止輸送溶液，用去離子水清洗微通道并 在150～200℃下烘干1～2h，得到微通道內(nèi)表面上垂直生長(zhǎng)的ZnO納米棒陣列；