表面生長二氧化鈦納米陣列的泡沫鈦復(fù)合材料的制作方法

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種表面負(fù)載二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合材料，尤其涉及一種適用于光催化材料和太陽能電池電極材料的表面生長二氧化鈦納米陣列的泡沫鈦復(fù)合材料。

背景技術(shù)：
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二氧化鈦具有無毒、穩(wěn)定、光活性高等特點(diǎn)，并易于獲得其納米結(jié)構(gòu)([1]chenguanyu,zhengkaibo,moxiaoliang,etal.chinesejournalofvacuumscienceandtechnology[j],2010,30(6):621；[2]ligz,zhangwy,zhangj,etal.raremetalmaterialsandengineering[j],2011,40(9):1510)。二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)已成為光催化和太陽能電池電極中的關(guān)鍵部分([3]dingyutian,zhangzengming,huyong,etal.journalofsyntheticcrystals[j],2014,43(3):592)。因其帶隙較寬，通常采用摻雜改性等方式來提高它的光活性([4]chenguihua,lianghuading,gechanghua,etal.journalofsyntheticcrystals[j],2010,39(5):1243)。與二氧化鈦納米顆粒相比，其納米陣列具有比表面積更大、吸附性能更好、光活性更高等優(yōu)點(diǎn)([5]tsaicc,nianjn,tenghs.applsurfsci[j].2006,253(4):1898)。但以分散形式存在的二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)在使用后難于回收，因此要將其負(fù)載于某種基底上([6]liuhj,liugg,houzh,etal.raremetalmaterialsandengineering[j],2011,40(4):723)。為充分利用這種負(fù)載結(jié)構(gòu)的有效表面，所用基底最好是多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明即以多孔結(jié)構(gòu)的泡沫鈦為基底，直接在其表面生長二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)。利用基體負(fù)載二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的制備方法主要有模板合成法、水熱法、溶膠-凝膠法、水熱合成法和陽極氧化法等([7]chenxq,zhangxw,leilc.thechinesejournalofnonferrousmetals[j].2010,20(9):1725；[8]zhangqh,gaol,zhengs,etal.actachimsin[j].2002,60(8):1439；[9]zwillingv,darque-cerettie,boutry-forveillea.etal.surfaceandinterfaceanalysis[j].1999,27(7):629；[10]yuqq,chucl,linph,etal.raremetalmaterialsandengineering[j],2011,40(2):201；[11]prakasamhe,shankark,paulosem,etal.journalofphysicalchemistryc[j],2007,111(20):7235；[12]paulosem,shankark,yoriyas,etal.thejournalofphysicalchemistry[j],2006,110:221；[13]kuangd,brilletj,chenp,etal.americanchemicalsociety[j],2008,2(6):1113)，其中陽極氧化法由于其可控性、重復(fù)性好以及過程簡單等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注([10]yuqq,chucl,linph,etal.raremetalmaterialsandengineering[j],2011,40(2):201)。但由于使用的基體一般為致密板材，因此負(fù)載體系的表面過程受到較大限制。為拓展其有效表面，本發(fā)明基于自行研制的通孔網(wǎng)狀泡沫鈦，采用陽極氧化法在其表面生長出了二氧化鈦納米陣列，以更好地發(fā)揮表面作用、提高負(fù)載體系的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種表面生長光活性納米結(jié)構(gòu)層的泡沫金屬復(fù)合材料，特別是一種表面生長二氧化鈦納米陣列的泡沫鈦復(fù)合材料。制備方法采用陽極氧化工藝：首先對泡沫鈦進(jìn)行液體拋光，然后以其為陽極、鉑電極為陰極放到由乙二醇、氟化氫和去離子水組成的電解液中進(jìn)行陽極氧化。陽極氧化電壓為40-60v，氧化時間為1-6h。

本發(fā)明中的表面生長光活性納米結(jié)構(gòu)層的泡沫金屬復(fù)合材料，其特征在于：其泡沫金屬基體為通孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(參見圖1)，基體表面生長了一層具有光活性的二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)(參見圖2)。

本發(fā)明以自行研制的網(wǎng)狀泡沫鈦為基體，采用陽極氧化工藝，以乙二醇加氟化氫的溶液為電解液，通過陽極氧化的方式，在金屬鈦表面生長二氧化鈦納米管陣列。提供的制備條件是：陽極氧化電壓為40-60v，氧化時間為1-6h。

本發(fā)明制備的二氧化鈦納米陣列負(fù)載泡沫鈦復(fù)合材料，具有光催化性能和光電轉(zhuǎn)化功能，可望用作水體中有機(jī)污染物降解的光催化材料以及太陽能電池電極材料。

附圖說明：

圖1泡沫鈦基體形貌。

圖2基體表面生長二氧化鈦：(a)泡沫體孔棱負(fù)載結(jié)構(gòu)宏觀形貌，(b)納米管結(jié)構(gòu)形貌。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：以泡沫鈦為陽極、鉑電極為陰極組成工作電路。電解液組成為“乙二醇:氟化氫:去離子水＝100:1:3(體積比)”。在陽極氧化過程中，采用磁子攪拌以保證溶液的均勻性。陽極氧化前使用拋光液對泡沫鈦進(jìn)行拋光，拋光液組成為“hno3:hf:h2o＝2:1:3(體積比)”。陽極氧化電壓為50v，氧化時間為2h。在泡沫鈦表面生長出二氧化鈦納米管陣列結(jié)構(gòu)，其形貌見圖2。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種表面生長二氧化鈦納米陣列的泡沫鈦復(fù)合材料，其構(gòu)成是在泡沫鈦表面生長一層具有納米陣列結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。作為二氧化生長鈦基體的泡沫鈦，其孔隙直徑在1?3mm之間，相對密度相應(yīng)在0.3?0.5g/cm3之間。通過陽極氧化法直接在泡沫鈦的孔隙表面生長二氧化鈦納米陣列，所得多孔復(fù)合材料可望用作光催化材料和太陽能電池電極材料。

技術(shù)研發(fā)人員：崔光;劉培生;陳靖鶴;孫進(jìn)興
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.31
技術(shù)公布日：2017.08.04