[發明專利]一種在含氟電解液中制備的二氧化鈦納米孔陣列及其方法

在審

• 申請號: 202011347265.0
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112663110A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 覃俊玲;蘇梓學;曹志桄
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明公開了一種在含氟電解液中制備的二氧化鈦納米孔陣列及其方法，屬于二氧化鈦納米孔陣列領域。本發明的方法包括以下步驟：(1)處理作為陽極氧化陽極的含鈦材料表面；(2)將氟化銨水溶液加入乙二醇中混合，得到含氟溶液；(3)將所述含氟溶液作為電解液，以陽極氧化法在電化學工作站三電極恒壓工作模式下制備二氧化鈦納米孔陣列。本發明方法通過常用的陽極氧化法，對陽極氧化電壓、時間和電解液濃度進行控制，可以得到孔徑約6nm的二氧化鈦納米孔陣列，有望在光催化等方面的應用，而且該方法可控性好，操作簡單易行，成本低，對環境友好。

技術領域

本發明屬于二氧化鈦納米孔陣列領域，具體涉及一種在含氟電解液中制備的二氧化鈦納米孔陣列及其方法。

背景技術

二氧化鈦作為一種重要的過渡金屬氧化物，其納米結構引起國內外材料科學家的廣泛關注，并在許多方面得到應用。制備二氧化鈦納米結構的方法有很多，如水熱法、模板合成法、溶膠-凝膠法、陽極氧化法等。近幾十年來，在金屬鈦基底上生長高度有序的二氧化鈦納米孔陣列的陽極氧化法因其操作簡單、成本低、可控性好等優點，成為一種非常受歡迎的研究方式。陽極氧化法制備得到的二氧化鈦納米孔陣列具有尺寸分布均勻、化學性質穩定、機械強度高、比表面積大等特性，在光催化、太陽能電池等方面顯示出重要的應用價值。有研究表明，孔徑為22nm的納米孔陣列氫敏感性比孔徑為76nm納米孔陣列高約200倍，小孔徑納米孔陣列的比表面積增大了30％。而且在光催化應用上，小直徑的二氧化鈦納米孔陣列具有更大的比表面積，能提供更大的活性位點，提高其光催化性能。制備具有高比表面積的二氧化鈦納米孔陣列是提高光吸收特性的有效手段，也能防止光生空穴-電子對的復合，使其催化作用增強。二氧化鈦納米孔陣列的直徑大小，對其應用性能有很大影響，很多科學家致力于研究更小直徑的二氧化鈦納米孔陣列材料。

制備直徑盡可能小的二氧化鈦納米孔陣列材料對于提高其應用范圍與應用效率至關重要，但是當前技術在制備超小直徑的有序二氧化鈦納米孔陣列上遇到了很大困難。為解決上述問題，科學家致力于研究利用各種手段生長小直徑二氧化鈦納米孔陣列，降低陽極氧化電壓被廣泛認為最有效的手段。目前為止文獻中報道得到的納米管的最小孔徑為15nm，是在1V的外加電壓下，1M的磷酸和0.3wt％的HF水溶液中得到的。實際上當電壓在2.5V時得到的納米管孔徑也為15nm左右，繼續降低電壓沒能得到更小孔徑的納米管。而當電壓小于1V時，只得到氧化膜而沒能生成納米孔道。因此探索一種簡單高效的方法制備超小直徑二氧化鈦納米孔陣列具有重要的意義。

發明內容

針對以上現有技術存在的不足之處，本發明的首要目的在于提供一種在含氟電解液中制備二氧化鈦納米孔陣列的方法。

本發明的另一目的在于提供上述方法制備得到超小直徑二氧化鈦納米孔陣列材料。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種在含氟電解液中制備二氧化鈦納米孔陣列的方法，包括以下步驟：

(1)處理作為陽極氧化陽極的含鈦材料表面；

(2)將氟化銨水溶液加入乙二醇中混合，得到含氟溶液；

(3)將所述含氟溶液作為電解液，以陽極氧化法在電化學工作站三電極恒壓工作模式下制備二氧化鈦納米孔陣列。

優選的，所述的含鈦材料為純鈦材料(純度99.9％)。將純鈦片在乙醇和去離子水中分別超聲20min以除去表面的雜質，然后使用去離子水沖洗，自然條件下晾干，得到潔凈的鈦片。

優選的，所述含氟溶液中氟化銨的含量為0.1-0.5wt％。

優選的，所述含氟溶液中水的含量為0.5-4wt％。

優選的，所述的氟化銨純度為98％，乙二醇濃度為99％。氟化銨在含0.5wt％去離子水的乙二醇電解液中的含量優選為0.1-0.5wt％，更優選為0.5wt％。所述更優選的氟化銨加入的質量與去離子水的質量比為1:1，此時兩者飽和。