[發明專利]二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列及其制備方法

有效

• 申請號: 201010150192.6
• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN102219178A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 蘇浩;費廣濤;郭霄;歐陽浩淼
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B82B1/00
• 分類號: B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種納米管陣列及制備方法，尤其是一種二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦是一種重要的半導體功能材料，屬于電子導電型(n型)半導體，雖具有較高的氧化還原電位和強的光催化活性而被廣泛應用于污染物降解、染料敏化太陽能電池和燃料電池等方面，卻因其自身的禁帶寬度較大，對可見光的利用率不高，影響了其大規模的應用。導電聚合物的聚苯胺屬于空穴導電型(p型)半導體，具有環境穩定性好，成本低廉，易于制備且導電性可調的優點。為此，人們試圖將二氧化鈦和聚苯胺復合在一起以實現優勢互補而作了一些嘗試和努力，如在2004年新疆大學碩士研究生學位論文《聚苯胺及二氧化鈦納米管基復合材料的電化學電容行為》中公開了一種聚苯胺/TiO₂納米管復合材料及其制備方法。復合材料為TiO₂納米管上沉積有聚苯胺；制備方法先采用水熱合成法獲得TiO₂納米管，再向含有硫酸和苯胺單體的溶液中加入一定量的TiO₂納米管，之后，先于攪拌狀態下加入過硫酸銨溶液，并使反應溫度恒定在0℃下保持2小時，再經過濾、重復洗滌和真空干燥處理獲得復合材料。但是，無論是復合材料，還是其制備方法，都存在著不足之處，首先，復合材料中的TiO₂納米管之間不是有序排列，而是呈雜亂無章的堆積狀態，這極不利于納米尺寸的復合材料獨具性能的充分發揮和對其進行的后續操作；其次，聚苯胺是包覆于TiO₂納米管之外表面的，且兩者之間僅為物理結合，相互間的作用力不強，既不利于電子傳導，也壓制了其可能存在的新的優異性能，極大地限制了其潛在的應用領域；再次，制備方法不能制得TiO₂納米管有序排列、管中復合有聚苯胺的復合管陣列。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種排列有序的二氧化鈦納米管中原位聚合有共價結構的聚苯胺管的二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列。

本發明要解決的另一個技術問題為提供一種二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列的制備方法。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列包括管內直徑為90～110nm、管長為10～30μm的二氧化鈦納米管陣列，特別是，

所述構成管陣列的二氧化鈦納米管中復合有聚苯胺管，所述聚苯胺管的管外直徑為90～110nm、管壁厚為10～20nm。

為解決本發明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為：二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列的制備方法包括二次陽極氧化法，特別是完成步驟如下：

步驟1，先將金屬鈦片作為陽極、石墨片作為陰極置于電解液中，于直流電壓為50～70V下陽極氧化1.5～2.5h，其中，電解液由0.2～0.4wt％的氟化銨、1.6～2wt％的水和余量為乙二醇相混合而成，再將其置于去離子水或蒸餾水中超聲清洗至少3min后干燥，接著，先將其已被陽極氧化過的一面再次于同樣的工藝條件下進行第二次陽極氧化1.5～2.5h后，再對其進行洗滌和干燥處理，得到二氧化鈦納米管陣列；

步驟2，先將二氧化鈦納米管陣列置于溫度為100～110℃的水蒸氣中熱處理至少20min，再將其置于120～130℃下烘干，接著，先將其置于濃度為13～17mM的苯胺基甲基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡至少20h，再用乙醇對其進行清洗后烘干，得到二氧化鈦納米管內壁上附有苯胺基的中間產物；

步驟3，先將中間產物置于濃度為0.8～1.2M的苯胺鹽酸水溶液中浸泡至少2h，再將等量的濃度為0.8～1.2M的過硫酸銨鹽酸水溶液滴加到置有中間產物的苯胺鹽酸水溶液中，其中，苯胺鹽酸水溶液中的苯胺與鹽酸間的摩爾比為1∶1，過硫酸銨鹽酸水溶液中的過硫酸銨與鹽酸間的摩爾比為1∶1，之后，先將滴加有過硫酸銨鹽酸水溶液的其中置有中間產物的苯胺鹽酸水溶液置于0℃下保溫至少10h，再對中間產物進行清洗和干燥的處理，制得二氧化鈦聚苯胺復合納米管陣列。