[發(fā)明專(zhuān)利]一種樹(shù)枝狀二氧化鈦納米管陣列電極的制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010247604.8
• 申請(qǐng)日: 2010-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101969109A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡安正
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 襄樊學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/04
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/04;B82B3/00;H01G9/04;H01G9/20;H01L51/48
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低維氧化物納米結(jié)構(gòu)材料及低溫液相法電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種首先用陽(yáng)極氧化法制備二氧化鈦納米管陣列(TNTs)作為寄宿骨架，然后，用低溫液相法生長(zhǎng)出樹(shù)枝狀二氧化鈦納米棒(TBT)，從而得到樹(shù)枝狀二氧化鈦納米管陣列(TBNT)，再組裝成染料敏化電池、光電化學(xué)電池、光催化等器件工作電極的制備工藝。

背景技術(shù)

1999年，Zwilling等人報(bào)道了用金屬鈦片在含氟電解液中用陽(yáng)極氧化法制備了二氧化鈦(TiO₂)納米管陣列(參考文獻(xiàn)：Zwilling?V.et?al.Anodic?Oxidation?of?Titanium?and?TA6V?Alloy?in?Chromic?Media.An?Electrochemical?Approach[J].Electrochemical?Acta，1999，45(6)：921-929)。從此，電化學(xué)自組織低維納米TiO₂，尤其是TiO₂納米管的制備和應(yīng)用研究引起廣泛關(guān)注。為增加比表面積，2009年底，Jae-Kyung?Oh等人報(bào)道了用TiO₂納米顆粒作種子骨架，生長(zhǎng)了樹(shù)枝型TiO₂納米棒并研究了它們?cè)谌玖厦艋?yáng)能電池方面的性質(zhì)(Jae-Kyung?Oh，et?al.TiO₂?Branched?Nanostructure?Electrodes?Synthesized?by?Seeding?Method?for?Dye-Sensitized?Solar?Cells.Chem.Mater.[J]，2010，22(3)：1114-1118)。TiO₂納米管陣列具有巨大應(yīng)用前景，不僅是因?yàn)樗哂辛吮容^寬的半導(dǎo)體能帶間隙，同時(shí)也由于納米管狀結(jié)構(gòu)所具有的特殊性質(zhì)，例如它們的量子限局效應(yīng)，高度有序的取向和大的比表面積，能有效改善電子-空穴的界面分離，載流子的定向傳輸及界面物理化學(xué)反應(yīng)，使其在染料敏化電池、光電化學(xué)電池、光催化降解污染物、傳感器等技術(shù)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。但迄今為止，還未見(jiàn)有人報(bào)道，在TiO₂納米管陣列上生長(zhǎng)TBT的研究工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種帶樹(shù)枝狀TiO₂納米棒的TiO₂納米管陣列電極的制備工藝，具體為：首先用陽(yáng)極氧化法，以鈦箔作陽(yáng)極，氟化銨、乳酸和二甲亞楓混合液作電解質(zhì)制備TNTs；然后，采用低溫液相法以鹽酸和TTIP水溶液為生長(zhǎng)液，在上述預(yù)制備的TNTs上生長(zhǎng)出形似樹(shù)枝的TBT，即得到所需TBNT。再以TBNT為原料裝配成染料敏化電池、光電化學(xué)電池、光催化等器件的工作電極。

上述方案中，其具體工藝步驟如下：

(1).選用厚度為0.2mm，純度為99.99％鈦箔裁剪成2cm×3cm方塊，用稀釋后的氫氟酸和硝酸的水溶液進(jìn)行化學(xué)拋光預(yù)處理，除去表面的氧化物，再用無(wú)水乙醇和二次水清洗晾干后作為待用陽(yáng)極；

(2).用0.4g～5g氟化銨、80ml～90ml乳酸混合攪拌至充分溶解，再加入8ml～12ml的二甲亞楓攪拌后作為陽(yáng)極氧化法制備TNTs的電解質(zhì)；

(3).用碳棒或者鉑電極作陰極材料，自制一個(gè)陽(yáng)極氧化槽，加入電解質(zhì)，在室溫條件下，加上50V的直流電壓，保持10h，得到無(wú)定型結(jié)構(gòu)的TNTs；然后，用400℃退火1h即得到晶化的TNTs；

(4).實(shí)驗(yàn)室溫度環(huán)境下，用1ml～2ml濃度為36-38％的濃鹽酸和28.5ml的蒸餾水混合配制成30ml的溶劑，攪拌15min，再緩慢地滴加入2ml～3ml的TTIP攪拌0.5h，然后靜放0.5h作為生長(zhǎng)液；

(5).用低溫液相法，在實(shí)驗(yàn)室溫下，將上述“(3)”中預(yù)制備好的TNTs作為寄宿骨架，放入盛裝生長(zhǎng)液的玻璃杯中，玻璃杯置入95℃水浴鍋中，保持6h～12h，生長(zhǎng)出形似樹(shù)枝的TBT，便在TNTs上生長(zhǎng)出TBT，棒子長(zhǎng)度隨著生長(zhǎng)時(shí)間增長(zhǎng)，再用無(wú)水乙醇和二甲苯浸泡生長(zhǎng)有TBT的TNTs，然后烘干，再用400℃退火1h即得到所需晶化了的TBNT；

(6).以TBNT為原材料，根據(jù)電極需要進(jìn)行裁剪、整形、涂抹防短路修飾液，封裝成染料敏化、光電化學(xué)、光催化電池器件的工作電極。

這里特別指出：上述所用藥品均使用分析純標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)用藥品。

本發(fā)明的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：