[發明專利]一種一維自組裝有序TiO2納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410255505.2
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103993342A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 楊敏;趙小彬;裴林娟;張磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一維自組裝有序TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法。

背景技術

TiO₂是一種重要的綠色無機材料，具有較高的化學穩定性、熱穩定性以及優良的光學、力學和電學特性，被應用于諸多工業領域，尤其在環境化學領域有廣泛的應用。由于TiO₂屬于寬禁帶半導體材料，對于光的吸收僅僅限于紫外區。因此，一直通過各種方式，如染料敏化改性，并摻雜過渡金屬，使TiO₂在可見光照射下工作。為了進一步提高TiO₂納米材料的光電性能，提高光電轉換效率，科研人員從表面修飾、結構調控等多方面進行了很多嘗試。其中之一是將TiO₂納米材料與石墨烯結合制備復合材料，充分利用石墨烯良好的電子傳輸性能和對可見光的顯著吸收能力，在材料光電性能提高方面取得了較好的結果。根據已發表的結果可知，通過溶膠-凝膠法能夠制備制備TiO₂納米粒子/石墨烯復合材料，該復合材料對甲基橙的光催化降解的活性明顯高于相同條件下得到的銳鈦礦型TiO₂；同時研究結果表明，石墨烯的引入可以提高復合材料的比表面積，擴展材料在可見光區光吸收范圍和光吸收強度。已報道的TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法即先制備TiO₂納米管，再在氧化石墨烯溶液中采用物理浸泡吸附的方式而得。主要存在制備時間長的缺點，且氧化石墨烯僅吸附于TiO₂納米管表面，完全覆蓋后將影響TiO₂的光電性質。同時石墨烯也容易脫落，嚴重影響復合材料的性質。因此現有TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法存在工藝復雜及二者結合程度差的問題。

發明內容

本發明目的是要解決現有TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法工藝復雜及二者結合程度差的問題，而提供一種一維自組裝有序TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法。

一種一維自組裝有序TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料的制備方法，具體按以下步驟完成的：

一、清洗：依次采用氯仿、乙醇和去離子水為清洗劑對Ti片進行超聲清洗，除去表面油污和雜質，清洗后放在空氣中干燥，得到清洗后Ti片；

二、配制含有氧化石墨烯的電解液：首先將丙三醇和去離子水進行混合，然后加入NH₄F，混合后得到電解液，向電解液中加入氧化石墨烯，并利用磁力攪拌方法使氧化石墨烯分散均勻，得到氧化石墨烯濃度為7.5μg/mL～30μg/mL的陽極氧化電解液；所述的丙三醇與水的體積比為6:4；所述的電解液中NH₄F的濃度為0.25mol/L～0.30mol/L；

三、氧化處理：以清洗后Ti片為陽極，以Pt片為陰極，將清洗后Ti片和Pt片固定在聚四氟乙烯電解池中，然后加入氧化石墨烯濃度為7.5μg/mL～30μg/mL的陽極氧化電解液至完全掩沒Ti片和Pt片為止，在直流電壓為30～35V條件下氧化2h～3h，取出后得到氧化后Ti片；

四、清洗干燥：先采用乙醇對氧化后Ti片進行清洗，然后置于烘干箱中干燥，得到無定形的TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料；

五、真空熱處理：將無定形的TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料置于管式爐中，然后在溫度為450℃下真空熱處理1h～2.5h，得到銳鈦礦型一維自組裝有序TiO₂納米管/氧化石墨烯復合材料。

本發明的優點：本發明利用一步陽極氧化法制備合成材料不僅制備方法簡單，石墨烯也能與TiO₂納米管穩定復合，由于本發明將氧化石墨烯溶于電解液，在陽極氧化的過程中將其直接摻入TiO₂納米管內部，故制備工藝簡單且氧化石墨烯不再僅限于復合在TiO₂納米管表面，二者結合的程度得到明顯提高。同時在這種復合材料中氧化石墨烯含量容易控制，制備簡單方便，石墨烯負載穩定。經研究發現在電化學條件下復合材料的傳輸電荷的能力明顯提高。

附圖說明