CN102021630A - 一种同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜 - Google Patents

一种同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法。本发明所述的薄膜具有独特的纳米复合管结构特征，根据功能需要可实现自由控制薄膜厚度、外管直径和内管直径，具有优异的半导体特性和敏感性能，可重点应用于氧传感器、光电纳米器件等领域。

Description

一种同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜 
技术领域
本发明属于无机半导体纳米材料技术领域，涉及一种同轴异质双管：二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法。 
背景技术
有序TiO2纳米管阵列薄膜因其具有优异的光电、催化、传感性能，成为纳米材料研究的热点之一。由于这种材料与粉体纳米TiO2薄膜相比具有更大的比表面积和更强的吸附能力，其潜在的应用领域也更加广阔，目前，许多科研机构开展了其在敏感器件、光催化、生物材料等很多领域的应用研究。 
TiO2纳米管结构具有有序阵列结构形式，应用该材料可以提高光生电荷的传输寿命并降低其复合几率。因此TiO2纳米管阵列可以用于高灵敏度传感器、燃料染料敏化太阳能电池、水解制氢等方面。例如在室温下Ti02纳米管阵列可以测试到1000μl/L的氢气含量(化学吸附氢气后的TiO2纳米管薄膜电导增加8个数量级)，这是目前所知道的对氢气最敏感材料。最近的应用研究还包括染料敏化太阳能电池。通过控制纳米管的取向性生长、排列及晶型结构等，使得纳米管在界面间具有优异的电子渗透传输通道，利用这类Ti02纳米管阵列薄膜组装的燃料敏化太阳能电池体系在AM1.5条件下光电转化效率已达到6.9％。有序TiO2纳米管阵列薄膜还具有显著的光分解水特性，在紫外光(320～400nm)照射下，目前报道的纳米管阵列的光电转化效率最高可达到16.25％。此外，纳米管阵列薄膜可形成排列整齐的有序双通孔结构，可应用于微流控制、分子过滤、药物输送及生物组织工程等高技术领域。 
为进一步扩展TiO2纳米管阵列的光频谱响应范围、抑制光生载流子的复合，对TiO2纳米管阵列进行修饰、改性成为研究的焦点。例如，专利号为200710188544.5的中国专利“一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法”公开了一种化学成分为Nb、Mo、Zr、0、Ti的同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜，薄膜具有显著的半导体综合性能、优良的光催化性能、良好的生物活性。 
二氧化铈纳米管具有优异的光催化性能和氧化还原性能，被认为是理想的催化剂材料。但是，经检索尚未见有同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜的报道。 
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜及其制备方法。利用本发明能成功地实现同轴异质纳米复合管结构的制备。 
本发明所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于所述薄膜由如下方法制得： 
(1)将钛箔机械加工成10±2mm×20±5mm的片状，用240#、360#、500#、800#、1200#或1500#砂纸打磨光亮，再采用粒度为1.0的金刚石抛光膏进行机械抛光，随后采用超声波依次在乙醇、丙酮中超声除油2～5分钟，之后用去离子水进行漂洗，烘干后，待用； 
(2)以处理后的钛箔为阳极，以铂片为阴极，含0.3～0.5wt％NH4F(重量百分比) 和2～5vol％H20(体积百分比)的乙二醇溶液为电解液，在室温并磁子搅拌下，进行电化学反应；其中：电极间距为30±2mm，电压为20～60V，阳极氧化时间12～24小时； 
(3)用去离子水漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔，干燥后，浸入0.8～1.5mol/L的盐酸溶液中超声处理0.5～1小时，溶解掉TiO2纳米管； 
(4)将步骤(3)所述阳极——钛箔再作阳极，重复步骤(2)，进行二次阳极氧化； 
(5)用乙醇、去离子水分别漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔5～6遍，干燥后在马弗炉中进行退火处理，控制升温速率为1～2℃/min，恒温区温度范围为500～700℃，恒温区处理时间为0.5～2小时，获得覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片； 
(6)将步骤(5)制备的覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片浸入浓度为1～1.5mol/L的硝酸亚铈(Ce(NO3)3·6H2O)的水溶液中，反应0.5～1.5小时； 
(7)将步骤(6)反应后的钛基片在微波炉中热处理2～5分钟，在钛基片表面获得一层同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜。 
其中： 
上述钛箔纯度优选大于95％。 
上述电解液优选为含0.4～0.5wt％NH4F(重量百分比)和3～4vol％H2O(体积百分比)的乙二醇溶液。 
上述电化学反应的电压优选为40～50V，阳极氧化时间优选是15～18小时。 
上述盐酸溶液的浓度优选为1～1.2mol/L。 
上述退火处理的恒温区温度范围优选为500～600℃。 
本发明所述的同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜具有独特的纳米复合管结构特征，根据功能需要可实现自由控制薄膜厚度、外管直径和内管直径，具有优异的半导体特性和敏感性能，可重点应用于氧传感器、光电纳米器件等领域。 
具体实施方式
实施例1 
将钛箔机械加工成10mm×20mm的片状，用240#、360#、500#、800#、1500#砂纸预打磨，再采用粒度为1.0的金刚石抛光膏进行机械抛光，随后采用超声波依次在乙醇、丙酮中超声除油3分钟，用去离子水进行漂洗，烘干；以处理后的钛箔为阳极，以铂片为阴极，含0.3wt％NH4F和2vol％H2O的乙二醇溶液为电解液，在室温并磁子搅拌下，进行电化学反应；其中：电极间距为30mm，电压为20V，阳极氧化时间12小时；用去离子水漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔，干燥后，浸入0.8mol/L的盐酸溶液中超声处理0.5小时，溶解掉TiO2纳米管；将阳极——钛箔再作阳极，再采用相同的工艺参数进行二次氧化；用乙醇、去离子水分别漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔5遍，干燥后在马弗炉中进行退火处理，控制升温速率为1℃/min，恒温区温度范围为500℃，恒温区处理时间为0.5小时，获得覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片；随后将具有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片浸入1mol/L的硝酸亚铈的水溶液中30分钟；然后将反应后的钛基片在微波炉中热处理2分钟，在钛基片表面获得一层同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜。 
实验测定，上述同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜厚度为45μm，外管直径为130nm，内管直径为80nm。 
实施例2 
将钛箔机械加工成10mm×20mm的片状，用240#、360#、800#、1200#砂纸预打磨，再采用粒度为1.0的金刚石抛光膏进行机械抛光，随后采用超声波依次在乙醇、丙酮中超声除油5分钟，用去离子水进行漂洗，烘干；以处理后的钛箔为阳极，以铂片为阴极，含0.4wt％NH4F和3vo l％H2O的乙二醇溶液为电解液，在室温并磁子搅拌下，进行电化学反应；其中：电极间距为30mm，电压为40V，阳极氧化时间17小时；用去离子水漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔，干燥后，浸入1.Omol/L的盐酸溶液中超声处理0.5小时，溶解掉TiO2纳米管；将阳极——钛箔再作阳极，再采用相同的工艺参数进行二次氧化；用乙醇、去离子水分别漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔6遍，干燥后在马弗炉中进行退火处理，控制升温速率为1.5℃/min，恒温区温度范围为600℃，恒温区处理时间为1.5小时，获得覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片；随后将具有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片浸入1.2mol/L的硝酸亚铈的水溶液中40分钟；然后将反应后的钛基片在微波炉中热处理3分钟，在钛基片表面获得一层同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜。 
实验测定，上述同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜厚度为70μm，外管直径为150nm，内管直径为90nm。 
实施例3 
将钛箔机械加工成10mm×20mm的片状，用240#、500#、800#、1500#砂纸预打磨，再采用粒度为1.0的金刚石抛光膏进行机械抛光，随后采用超声波依次在乙醇、丙酮中超声除油4分钟，用去离子水进行漂洗，烘干；以处理后的钛箔为阳极，以铂片为阴极，含0.5wt％NH4F和5vo l％H2O的乙二醇溶液为电解液，在室温并磁子搅拌下，进行电化学反应；其中：电极间距为30mm，电压为30V，阳极氧化时间24小时；用去离子水漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔，干燥后，浸入1.2mol/L的盐酸溶液中超声处理0.8小时，溶解掉TiO2纳米管；将阳极——钛箔再作阳极，再采用相同的工艺参数进行二次氧化；用乙醇、去离子水分别漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔5遍，干燥后在马弗炉中进行退火处理，控制升温速率为2℃/min，恒温区温度范围为700℃，恒温区处理时间为2小时，获得覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片；随后将具有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片浸入1.5mol/L的硝酸亚铈的水溶液中50分钟；然后将反应后的钛基片在微波炉中热处理5分钟，在钛基片表面获得一层同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜。 
实验测定，上述同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜厚度为50μm，外管直径为110nm，内管直径为70nm。 

Claims (6)

1.一种同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于所述薄膜由如下方法制得：
(1)将钛箔机械加工成10±2mm×20±5mm的片状，用240#、360#、500#、800#、1200#或1500#砂纸打磨光亮，再采用粒度为1.0的金刚石抛光膏进行机械抛光，随后采用超声波依次在乙醇、丙酮中超声除油2～5分钟，之后用去离子水进行漂洗，烘干后，待用；
(2)以处理后的钛箔为阳极，以铂片为阴极，含0.3～0.5wt％NH4F和2～5vol％H2O的乙二醇溶液为电解液，在室温并磁子搅拌下，进行电化学反应；其中：电极间距为30±2mm，电压为20～60V，阳极氧化时间12～24小时；
(3)用去离子水漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔，干燥后，浸入0.8～1.5mol/L的盐酸溶液中超声处理0.5～1小时，溶解掉TiO2纳米管；
(4)将步骤(3)所述阳极——钛箔再作阳极，重复步骤(2)，进行二次阳极氧化；
(5)用乙醇、去离子水分别漂洗生成有TiO2纳米管阵列的阳极——钛箔5～6遍，干燥后在马弗炉中进行退火处理，控制升温速率为1～2℃/min，恒温区温度范围为500～700℃，恒温区处理时间为0.5～2小时，获得覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片；
(6)将步骤(5)制备的覆有多孔的TiO2纳米管阵列的钛基片浸入浓度为1～1.5mol/L的硝酸亚铈的水溶液中，反应0.5～1.5小时；
(7)将步骤(6)反应后的钛基片在微波炉中热处理2～5分钟，在钛基片表面获得一层同轴异质CeO2纳米管-TiO2纳米管阵列薄膜。
2.如权利要求1所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于：所述钛箔纯度大于95％。
3.如权利要求1所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于：所述电解液为含0.4～0.5wt％NH4F和3～4vol％H2O的乙二醇溶液。
4.如权利要求1所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于：所述电化学反应的电压为40～50V，阳极氧化时间是15～18小时。
5.如权利要求1所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于：所述盐酸溶液的浓度为1～1.2mol/L。
6.如权利要求1所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于：所述退火处理的恒温区温度范围为500～600℃。 
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102220616A (zh) * 2011-05-26 2011-10-19 东南大学 二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN103147110A (zh) * 2013-03-18 2013-06-12 上海交通大学 一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN108149300A (zh) * 2018-01-08 2018-06-12 电子科技大学 一种CeO2纳米颗粒/TiO2纳米管阵列复合异质结薄膜的制备方法
CN114188063A (zh) * 2021-12-13 2022-03-15 中国核动力研究设计院 基于纳米管阵列的肖特基结及其制备方法和β核电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1537978A (zh) * 2003-10-22 2004-10-20 顺德市凯纳方实业有限公司 复合光催化抗菌泡沫金属的生产方法
CN1763261A (zh) * 2005-09-27 2006-04-26 清华大学 一种氧化钛纳米材料薄膜及其制备方法
CN101684566A (zh) * 2008-09-27 2010-03-31 比亚迪股份有限公司 一种二氧化钛纳米膜及其制备方法
CN101851772A (zh) * 2010-06-30 2010-10-06 湖南大学 一种Cu2OTiO2纳米管阵列及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1537978A (zh) * 2003-10-22 2004-10-20 顺德市凯纳方实业有限公司 复合光催化抗菌泡沫金属的生产方法
CN1763261A (zh) * 2005-09-27 2006-04-26 清华大学 一种氧化钛纳米材料薄膜及其制备方法
CN101684566A (zh) * 2008-09-27 2010-03-31 比亚迪股份有限公司 一种二氧化钛纳米膜及其制备方法
CN101851772A (zh) * 2010-06-30 2010-10-06 湖南大学 一种Cu2OTiO2纳米管阵列及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《无机材料学报》 20071130 孙海健 铈掺杂TiO2/Ti光电极制备及可见光下光电催化性能的研究 第1065-1069页 第22卷, 第6期 2 *
《材料工程》 20010331 李凌杰等 稀土铈在铝合金氧化膜中沉积机制的研究 第23-24、27页 , 第3期 2 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102220616A (zh) * 2011-05-26 2011-10-19 东南大学 二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN102220616B (zh) * 2011-05-26 2013-02-27 东南大学 二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN103147110A (zh) * 2013-03-18 2013-06-12 上海交通大学 一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN103147110B (zh) * 2013-03-18 2016-08-24 上海交通大学 一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN108149300A (zh) * 2018-01-08 2018-06-12 电子科技大学 一种CeO2纳米颗粒/TiO2纳米管阵列复合异质结薄膜的制备方法
CN108149300B (zh) * 2018-01-08 2019-11-05 电子科技大学 一种CeO2纳米颗粒/TiO2纳米管阵列复合异质结薄膜的制备方法
CN114188063A (zh) * 2021-12-13 2022-03-15 中国核动力研究设计院 基于纳米管阵列的肖特基结及其制备方法和β核电池

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