一种银纳米颗粒/二氧化钛纳米管阵列的制备方法_2

文档序号:8960141阅读:来源:国知局
.2?1.0g/L ;所述含银离子的溶液中聚乙烯吡咯烷酮的含量优选为I?20g/L,更优选为4?16g/L,最优选为8?12g/Lo所述混合反应的反应体系中葡萄糖的浓度为0.01?lmol/L,更优选为0.05?0.5mol/L,最优选为0.1?0.2mol/L0
[0043]本发明对所述二氧化钛纳米管阵列优选按照以下方法制备:
[0044]1-1)以钛片为阳极、铂片为阴极,在含有氟化铵、水和乙二醇的混合溶液中进行阳极氧化,得到阳极氧化的二氧化钛纳米管阵列;
[0045]1-2)将阳极氧化的二氧化钛纳米管阵列在磷酸和乙二醇的混合溶液中再次进行阳极氧化,得到二氧化钛纳米管阵列。
[0046]具体的,本发明以钛片为阳极、铂片为阴极,在含有氟化铵、水和乙二醇的混合溶液中进行阳极氧化,得到阳极氧化的二氧化钛纳米管阵列;所述混合溶液中,所述氟化铵的质量百分含量优选为0.1?1.0wt % ;所述水的含量为10?50mL/L ;所述阳极氧化的电压优选为40?60V ;所述阳极氧化的时间为2?4h。;本发明对所述钛片没有特殊要求,本领域公知的应用于做二氧化钛纳米管阵列的钛片均可;本发明所述的钛片尺寸优选为
1.5cmX3.0cm ;且所述钛片在使用前需要清洗;本发明对钛片的清洗没有特殊要求,本领域技术人员公知的清洗方法均可;本发明优选将钛片依次采用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗20?60min。
[0047]本发明还将阳极氧化的二氧化钛纳米管阵列在磷酸和乙二醇的混合溶液中再次进行阳极氧化,得到二氧化钛纳米管阵列;所述磷酸和乙二醇的混合溶液中,所述磷酸的质量百分含量优选为1.0?10.0wt%,更优选为2.0?5.0wt%。所述再次阳极氧化的电压优选为40?60V ;所述阳极氧化的时间为2?4h。
[0048]本发明还包括将再次阳极氧化得到的二氧化钛纳米管阵列进行煅烧,得到二氧化钛纳米管阵列;所述煅烧的温度优选为300?500°C,所述煅烧的时间优选为I?5小时;所述煅烧规程中升温速率和降温速率均为3?5°C /min。
[0049]本发明提供了一种银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列的制备方法,通过选择特定的含银离子的溶液,即所述含银离子的溶液通过将银盐、氨水、聚乙烯吡咯烷酮与水混合得至IJ,且使用超声还原,使得还原得到的银纳米颗粒能够均匀的分散在二氧化钛纳米管阵列中,且银纳米颗粒的尺寸均匀;且本发明提供的制备方法,解决了现有工艺中制工序复杂,耗时长、稳定性差的问题,具有工艺简便易操作,可控制银颗粒的分散和尺寸大小的优点;且本发明制备的银纳米颗粒/二氧化钛纳米管阵列不仅可以提高复合物的光吸收能力;且可将其光响应拓展至可见光区,提高太阳光的利用率。与未复合的T12相比较,制得的复合银纳米颗粒的T12纳米管阵列,在可见光下,光电性能有明显提高,具有良好的化学稳定性能和可回收性,可将银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列应用于光催化降解污染物、光解水制氢、太阳能电池和拉曼增强等方面,实现了低成本、大规模工业化应用。本发明所述银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列的制备方法见图1,图1为本发明所述银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列的制备方法的流程示意图。
[0050]下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0051]本发明中所讲的字母简称,均为本领域固定简称,其中部分字母文解释如下:SEM图:电子扫描显像图;TEM图:透射电子扫面显像图;HRTEM图:高分辨率透射电子扫面显像图;SAED:选区电子衍射图;EDS图:能谱图;XRD图:X射线衍射图;XPS谱图:X射线光电子能谱分析谱图。
[0052]实施例1
[0053]对纯钛片基底用丙酮、无水乙醇超声清洗20min。以铂片电极为阴极,同时插入含有98v%乙二醇(氟化铵0.3wt% )和2v%水的电解质溶液中,施加50V电压阳极氧化2h,剥落膜层后,施加50V电压阳极氧化lOmin,制得T12纳米管阵列,然后将T1 2纳米管阵列插入含5wt%磷酸的乙二醇溶液中,施加50V电压阳极氧化5min,再450°C煅烧2h,使其从无定型状态转变成锐钛矿,得到二氧化钛纳米管阵列;
[0054]对得到的二氧化钛纳米管阵列进行检测,结果见图2,图2为本发明实施例1制备得到的二氧化钛纳米管阵列的SEM图,其中,图a为正面形貌图,图b为侧面形貌图;
[0055]配制50ml的1mMAgNO3水溶液,依次加入0.1M氨水溶液和0.4gPVP,溶液分散均匀后,得到的打02纳米管阵列浸入AgNO 3水溶液中,进行加热并超声处理,加入0.1M葡萄糖,反应5min后取出,对T12纳米管阵列进行清洗、干燥,得到银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列。
[0056]对实施例1制备得到的银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列进行分析:
[0057]其中,图3为本发明实施例1制备的银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列的SEM形貌图、EDS以及元素分布图;从图3中的a图和b图可知,10?15nm的银纳米颗粒均匀地沉积在纳米管表面和内部,从EDS和元素分布图谱表明,银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列主要含有T1、O、Ag元素,且Ag含量为5.24at%,从而进一步证实Ag纳米颗粒的存在。
[0058]图4为本发明实施例1中制备的银纳米颗粒/ 二氧化钛纳米管阵列的TEM、HRTEM和SAED图;从图4中的a图和b图的TEM结果进一步表明Ag纳米颗粒均匀分布在1102纳米管表面和内部,颗粒尺寸大约均为1nm ;HRTEM和SAED图显示1102锐钛矿型(101)晶面晶格间距为0.351nm,Ag(Ill)晶面间距为0.234nm,与XRD测试结果相吻合。
[0059]图5为本发明实施例1制备的未经修饰的打02纳米管阵列谱图;图6本发明实施例I制备的Ag纳米颗粒/T12纳米管阵列的XPS谱图;图7为本发明实施例1制备的Ag纳米颗粒/T12纳米管阵列的高分辨XPS图;从图5?图7可知,除了 Ols (532.4eV),Ti2p (458.9eV)和C Is (284.5eV)峰,Ag3p (370eV)峰的存在证明了 Ag纳米颗粒修饰的T12纳米管阵列,从Ag 3d高分辨XPS图谱(图7)中可看出,Ag 3d 5/2(368.1eV)和Ag3d3/2(374.1eV)峰值间距为6.0eV,证明Ag0的存在。
[0060]图8为本发明实施例制备的1102纳米管阵列煅烧450°C和Ag纳米颗粒/1102纳米管阵列的XRD谱图;空白1102纳米管主要由锐钛矿和Ti基底组成,25.3° ,37.9° ,48.0°和53.9 °出现的峰值分别对应锐钛矿的(101),(004),(200)和(105)晶面(JCPDSn0.21-1272) ο在1102纳米管阵列沉积Ag纳米颗粒后,在38.1° ,44.2°和64.4。出现了峰值,对应Ag的(111),(200)和(220)晶面(JCPDS n0.04-0783),从而,与图4中TEM结果相符合。
[0061]图9为本发明实施例制备的T12纳米管阵列以及银纳米颗粒/T12纳米管阵列的紫外-可见光漫反射图谱;未经修饰T12纳米管的吸收峰低于390nm,修饰Ag纳米颗粒后,在400-700nm处吸收强度增大,吸收峰发生明显红移,光吸收率提高。
[0062]图10为本发明实施例制备的T12纳米管阵列以及银纳米颗粒/T12纳米管阵列的荧光图谱;由于非完全计量比的打02纳米管样品存在氧空缺,在445nm,469nm, 490nm和595nm处出现了峰值。修饰银纳米颗粒的T12纳米管阵列的荧光强度比未修饰的T1 2纳米管阵列低,如此表明Ag纳
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