纳米线膜层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的制备方法，属于纳米材料制 备领域。
【背景技术】
[0002] 阳极氧化法是一种常用的采用电化学方法制备Ti(V薄膜的方法。一般是采用两 电极体系，将铂片或者铂丝作为阴极，钛片作为阳极，在两电极之间施加一定的电场强度， 经氧化过程而制备Ti0 2氧化物膜层。近年来，使用阳极氧化法制备最多的是1102纳米管， 而且在不同的电解液体系中制备的纳米管的长度不同。最常用的电解液主要有含氢氟酸 (HF)体系、含氟化物（NaF等）体系和含水有机物体系（如乙二醇等）。在含HF电解液中 制备的纳米管长度一般不会超过500nm，在HF电解液体系中，由于纳米管顶端的化学溶解 速度较快，因此导致制备的纳米管长度有限。而在NaF电解液体系中，由于电解液呈中性或 弱酸性，因此制备的纳米管长度可以达到几微米或几十微米。在含水有机物电解液中，通过 改变含水率、氧化电压、氧化时间等制备参数，可以制得管长达几百微米甚至上千微米的纳 米管。而且，在有机物反应体系中，由于其电解液的粘度比较高，减弱了氟离子的扩散速度， 因此可以获得形状比较规则均匀，表明比较平滑的纳米管。在含水有机体系电解液中制备 纳米管，可以通过控制阳极氧化电压、氧化时间、电解液中有机溶剂和水的配比等参数来调 控制备的Ti0 2纳米管的生长速率、长度以及表面光滑程度等参数。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的之一在于提供一种制备固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层的方法， 该方法制备的固定化单晶锐钛矿Ti0 2纳米线膜层具有良好的光催化以及光电化学性能，可 以用于环境治理或者太阳能电池。
[0004] 本发明通过以下技术方案实现，该方法包括以下步骤：
[0005] 预处理：将一定厚度的钛片切割成条状，然后用砂纸对其表面打磨，并冲洗干净烘 干备用。
[0006] 阳极氧化处理：采用两电极体系，将预处理后的钛片作为阳极，铂片作为阴极，经 阳极氧化处理制备锐钛矿Ti0 2纳米线膜层。
[0007] 后处理：经阳极氧化的钛片在空气中煅烧。
[0008] 进一步地，所述阳极氧化处理步骤中，电解液为含有体积百分比为1~1. 5%水分 的乙二醇溶液，氟化铵的质量百分比含量为0. 4~0. 6%。
[0009] 进一步地，所述阳极氧化处理步骤中，反应温度控制在24~26°C，逐级升压的方 式施加电压，升压速率为lV/s，最后电压恒定在55~65V，处理时间为2~4h。
[0010] 进一步地，所述后处理步骤中，锻烧温度为400~500°C，煅烧2~3小时，升温速 率为 1°C /min。
[0011] 本发明固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层光催化剂使用效果的检测方案是：以浓 度为Smgl/1亚甲基蓝溶液为目标污染物，取50ml该溶液置于石英反应器中，加入制备的单 晶锐钛矿Ti02纳米线膜层后，在暗态下搅拌lh，然后，在50W氙灯光照下反应2h。
[0012] 本发明的有益效果在于：本发明制备的固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层能够牢 固的结合在Ti基体上，具有单晶结构以及适宜的纵横比，极大的促进了光生电子空穴的传 输与分离效率，减少了光生电子空穴对的复合，表现出优秀的光催化和光电化学性能。该光 催化材料易于从水中分离，有利于从水体中回收重复利用。
【附图说明】
[0013] 图1所示为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的扫描电镜照片。
[0014]图2所示为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层的x射线衍射图。
[0015]图3所示为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层的光吸收谱图。
[0016] 图4所示为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层降解5mg/L亚甲 基蓝溶液的去除率与光照时间关系图。
【具体实施方式】
[0017] 下文将结合具体实施例详细描述本发明的内容。应当注意的是，下述实施例中描 述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到 更好的技术效果。
[0018]图1所示为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的扫描电镜照片； 图2所示为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿Ti0 2纳米线膜层的x射线衍射图；图3所示 为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层的光吸收谱图；图4所示为实施例1 制备的固定化单晶锐钛矿110 2纳米线膜层降解5mg/L亚甲基蓝溶液的去除率与光照时间 关系图。
[0019] 实施例1
[0020] 预处理：把厚度为〇?5mm的钛片切割成长度为100mm，宽度为20mm的规格，然后， 采用2000目砂纸对表面进行反复打磨，最后，冲洗干净并烘干备用。
[0021] 阳极氧化处理：采用两电极体系，预处理后的钛片作为阳极，铂片作为阴极，进行 阳极氧化处理制备锐钛矿Ti0 2纳米线膜层，电解液为含有1% (v/v)水分的乙二醇溶液，氟 化铵含量为〇. 5 % (w/w)，反应温度控制在恒温25°C，采用逐级升压的方式施加电压，升压 速率为lV/s，最后电压恒定在60V，处理时间为3h。
[0022] 后处理：阳极氧化处理后的样品在空气中450°C下煅烧2h，升温速率为1°C /min。
[0023]图1为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的扫描电镜照片；图2 为实施例1制备的固定化单晶锐钛矿Ti0 2纳米线膜层的x射线衍射图；图3为实施例1制 备的固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层的光吸收谱图。
[0024] 本发明固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层光催化剂使用效果的检测方案是：以浓 度为5mg ? I71亚甲基蓝溶液为目标污染物，取50ml该溶液置于石英反应器中，加入制备的 单晶锐钛矿Ti0 2纳米线膜层后，在暗态下搅拌lh，然后，在50W氙灯光照下反应2h。图4为 本实施例制备的固定化单晶锐钛矿110 2纳米线膜层降解5mg/L亚甲基蓝溶液的去除率与 光照时间关系图，从图中可以看出，随着光照时间的延长，污染物的浓度在逐渐降低。
[0025]实施例2
[0026] 预处理：把厚度为0? 5mm的钛片切割成长度为100mm，宽度为20mm的规格，然后， 采用2000目砂纸对表面进行反复打磨，最后，冲洗干净并烘干备用。
[0027] 阳极氧化处理：采用两电极体系，预处理后的钛片为阳极，铂片为阴极，进行阳极 氧化处理制备锐钛矿Ti0 2纳米线膜层，电解液为含有1. 5% (v/v)水分的乙二醇溶液，氟化 铵含量为〇. 6 % (w/w)，反应温度控制在恒温26°C，采用逐级升压的方式施加电压，升压速 率为lV/s，最后电压恒定在65V，处理时间为4h。
[0028] 后处理：阳极氧化处理后的样品在空气中500°C下煅烧3h，升温速率为1°C/min。
[0029] 本发明固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层光催化剂通过以下方法进行实验检测： 以浓度为5mg ? I71亚甲基蓝溶液为目标污染物，取50ml该溶液置于石英反应器中，加入制 备的单晶锐钛矿Ti0 2纳米线膜层后，在暗态下搅拌lh，然后，在50W氙灯光照下反应2h。通 过测定放置不同时间后污染物的去除率来检验制得的固定化单晶锐钛矿Ti0 2纳米线膜层 的光催化特性。表1为固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层对污染物去除效果表。
[0030] 表1固定化单晶锐钛矿Ti02纳米线膜层对污染物去除效果表
【主权项】
1. 一种固定化单晶锐钛矿TiO 2纳米线膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 预处理：将一定厚度的钛片切割成条状，然后用砂纸对其表面打磨，并冲洗干净烘干备 用； 阳极氧化处理：采用两电极体系，将预处理后的钛片作为阳极，铂片作为阴极，经阳极 氧化处理制备锐钛矿TiO2纳米线膜层； 后处理：经阳极氧化的钛片在空气中煅烧。
2. 如权利要求1所述的一种固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的制备方法，其特征在 于，所述阳极氧化处理步骤中，电解液为含有体积百分比为1~1. 5%水分的乙二醇溶液， 氟化按的质量百分比含量为0. 4~0. 6%。
3. 如权利要求1所述的一种固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的制备方法，其特征在 于，所述阳极氧化处理步骤中，反应温度控制在24~26°C，逐级升压的方式施加电压，升压 速率为lV/s，最后电压恒定在55~65V，处理时间为2~4h。
4. 如权利要求1所述的一种固定化单晶锐钛矿1102纳米线膜层的制备方法，其特征在 于，所述后处理步骤中，锻烧温度为400~500°C，煅烧2~3小时，升温速率为1°C /min。
【专利摘要】本发明公开了一种固定化单晶锐钛矿TiO2纳米线膜层的制备方法，包括以下步骤：预处理：将一定厚度的钛片切割成条状，然后用砂纸对其表面打磨，并冲洗干净烘干备用；阳极氧化处理：采用两电极体系，将预处理后的钛片作为阳极，铂片作为阴极，经阳极氧化处理制备锐钛矿TiO2纳米线膜层；后处理：经阳极氧化的钛片在空气中煅烧。本发明制备的固定化单晶锐钛矿TiO2纳米线膜层能够牢固的结合在Ti基体上，具有单晶结构以及适宜的纵横比，极大的促进了光生电子空穴的传输与分离效率，减少了光生电子空穴对的复合，表现出优秀的光催化和光电化学性能。该光催化材料易于从水中分离，有利于从水体中回收重复利用。
【IPC分类】C25D11-26, C30B29-16, C30B7-12, B82Y40-00, B82Y30-00
【公开号】CN104746129
【申请号】CN201510092235
【发明人】辛言君, 陈清华
【申请人】青岛农业大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月2日