[發(fā)明專利]一維納米二氧化鈦管列陣負載五氧化二釩納米顆粒新材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110454796.4
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102491263A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬正陽;喬奇光;閆鳳英;趙晨皓
• 申請（專利權(quán)）人: 喬正陽
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 周維鋒

?

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米金屬氧化物/二氧化鈦納米管列陣復(fù)合新材料的制備方法，特別是一種精確控制納米金屬氧化物微觀形貌，在二氧化鈦納米管列陣上負載五氧化二釩納米顆粒的方法。

背景技術(shù)

二氧化鈦因其獨特的物理、化學(xué)、光電性能，在太陽能電池、傳感器、鋰離子電池、光裂解水制氫以及光催化降解大氣和水中污染物等方面有廣闊的應(yīng)用前景，受到廣泛的關(guān)注。特別是陽極氧化法制備出的二氧化鈦納米管具有高度定向的結(jié)構(gòu)、大的比表面積和很強的離子交換或納米粒子嵌入能力。但是作為一種環(huán)境友好型材料，二氧化鈦還存在一些缺陷，主要表現(xiàn)在：(1)、帶隙較寬（3.2eV）；(2)、光量子效率很低；（3）、導(dǎo)電性差。為克服這些缺點，近年來許多科研小組通過TiO₂納米管與重金屬、貴金屬及其氧化物形成復(fù)合材料來提高二氧化鈦納米管的功能性質(zhì)并且擴大其應(yīng)用范圍。

五氧化二釩作為一種工業(yè)上常用的催化劑材料廣泛應(yīng)用于多個化工領(lǐng)域。目前所報道的制備五氧化二釩/二氧化鈦納米管復(fù)合材料主要針對于納米顆粒材料，在高度有序的二氧化鈦納米管列陣上沉積五氧化二釩納米顆粒卻尚未見報道。

況且相比傳統(tǒng)直流電沉積而言，脈沖電沉積法能夠更有效的調(diào)控電沉積晶粒的尺寸、形狀和分散度，因此可獲得致密，光亮均勻的鍍層，而且可節(jié)省原材料。

本實驗室通過大量試驗已經(jīng)首次將脈沖電沉積法用于制造納米鋅/二氧化鈦納米管列陣復(fù)合材料，該方法不僅可實現(xiàn)在二氧化鈦納米管列陣上均勻地負載鋅納米顆粒，納米顆粒的粒徑可控,?分散度高，而且具有節(jié)約材料，通用性強等優(yōu)點。對此已經(jīng)于2010年7月9日申請了專利號為201010221666.1的專利申請。但是，由于金屬鋅與金屬氧化物五氧化二釩本身的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、晶型差異，金屬、金屬氧化物各自進行電化學(xué)反應(yīng)的過程和機理有所不同，導(dǎo)致五氧化二釩納米顆粒形態(tài)、粒徑、分散程度不能采用專利號為201010221666.1所述方法控制，完全復(fù)制或簡單參考該方法根本無法實現(xiàn)將五氧化二釩納米顆粒均勻的負載在二氧化鈦納米管列陣上，更無法精確控制納米金屬氧化物微觀形貌。

針對上述不足，發(fā)明人通過大量的對比試驗與總結(jié)，反復(fù)的縮小并優(yōu)化實驗試驗步驟和試驗參數(shù)，最后成功的制備出了在陽極氧化法制備出的一維二氧化鈦納米管列陣上負載五氧化二釩納米顆粒的新材料。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于采用脈沖電沉積技術(shù)在陽極氧化法制備出的一維二氧化鈦納米管列陣上負載五氧化二釩納米顆粒，提高二氧化鈦納米管的功能性質(zhì)并且擴大其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種一維納米二氧化鈦管列陣負載五氧化二釩納米顆粒新材料的制備方法，包括以下步驟：

a、將純度大于等于99.6%的鈦箔片依次在體積分數(shù)為15～30%的鹽酸、無水乙醇、蒸餾水中分別超聲清洗5～15min，去除其表面氧化物；

b、將清洗晾干后的鈦箔片作為陽極，鉑片作為陰極置于0.05～0.3M的HF溶液中，在5～30V的電壓下常溫反應(yīng)0.5～5h；通過該步驟形成二氧化鈦納米管列陣；

c、將第b步反應(yīng)所得的二氧化鈦納米管列陣（TiO₂/Ti）在氮氣氛圍中焙燒1～5h，焙燒溫度為300～600℃；?

d、在溶質(zhì)組成為0.1～0.2?mol/L的?VOSO₄·6H₂O水溶液中，先將溶液pH值用質(zhì)量分數(shù)為98%的H₂SO₄調(diào)整為1.0～1.5，再將c步焙燒后的二氧化鈦納米管列陣（TiO₂/Ti）作為工作電極，鉑片作為輔助電極，Ag/AgCl電極作為參比電極，即采用三電極體系；采用脈沖電沉積法將五氧化二釩納米顆粒負載于二氧化鈦納米管上得到納米五氧化二釩/二氧化鈦納米管復(fù)合材料；其中，脈沖電沉積法采用電流控制模式，陽極脈沖電流密度為35～140mA/cm²，陰極脈沖電流密度為35～140mA/cm²，陰極和陽極電流密度相等，陽極脈沖導(dǎo)通時間8～14ms，陰極脈沖導(dǎo)通時間1～4ms,?關(guān)斷時間0.1～1s，電沉積時間20～60min。

進一步，d步脈沖電沉積時的反應(yīng)溫度為室溫，?反應(yīng)過程中不斷攪拌，攪拌速度為40～60轉(zhuǎn)/s；

進一步，C步中焙燒溫度為400～450℃。?