CN102220618A - 一种制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法。该方法选用钛片为基体材料；将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗，干燥待用；以处理后的钛片作为阳极，铜片为阴极，控制两极间距离为20mm～60mm；每1000ml去离子水中溶解2.5～12.5gNH4F、2.5～12.5g H2C2O4和0.25～5gAgNO3配制成电解质溶液；在施加磁力搅拌，搅拌速度控制为50～350r/min，控制钛片表面温度为常温的条件下，阳极氧化电流为50～250mA，反应时间为5～55min；将所得的钛片超声清洗，干燥备用。本发明钛片表面生成尺寸可控、均匀分布掺杂银的TiO2纳米棒阵列。

Description

一种制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法
技术领域
本发明涉及一种制备TiO2纳米棒阵列的方法，特别是涉及一种在金属钛表面制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法，属于纳米材料领域。
背景技术
一维纳米材料具有较大的比表面积、独特的光学、电学特性以及快速的电子传输性能等特点，是当前国内外研究的热点。TiO2具有高的折射率、较大的禁带宽度(3.2eV)、优良的可见光传输特性和介质绝缘性能(电阻率为109～1011Ω·cm)，广泛应用于自清洁、染料敏化太阳能电池、气体传感器等方面。研究表明，钛片表面生成TiO2纳米棒后，具有更大的比表面积、更高效的电子迁移通道，更强的吸附能力以及光散射性能。且掺杂银的TiO2是近年来开发的一种多功能新型复合材料，具有银和TiO2双重抗菌性，是一种性能优越的抗菌剂。因此制备出掺杂银的TiO2纳米棒阵列具有重要意义。
目前，制备TiO2纳米棒的方法主要有模板法、溶胶凝胶法和水热法。模板法，该方法的缺点是制备完成后需要用化学方法除去模板。溶胶凝胶法是现在应用较多的一种纳米材料的制备方法，如中国发明专利CN101264928公开了一种制备高光催化活性TiO2纳米棒的方法，其步骤是：剧烈搅拌下，将四氯化钛逐步加入苯甲醇中，形成的白色乳浊液在60～100℃氛围中静置60～80h使其完全水解，将得到的乳浊液离心，白色沉淀用氯仿洗涤后烘干，即得锐钛矿型TiO2纳米棒。但是该方法反应时间长。
另一种纳米材料的制备方法是水热法，如中国发明专利CN101327951公开了一种合成可控纯相锐钛矿、金红石、板钛矿TiO2纳米棒的方法。其步骤为：在不锈钢高压釜或聚四氟乙烯容器中加入TiO2粉末和碱溶液，充分混合均匀。混合物在363-373K下反应24-48h，将反应产物作为前躯体，用烧碱或硝酸溶液调节其pH值，再置于不锈钢高压釜或聚四氟乙烯容器中，在433-463K下反应48h得到不同晶相的TiO2纳米棒。该法的不足之处是反应需要高压，反应时间长。
发明内容
本发明目的在于克服现有制备掺杂银的TiO2纳米棒的方法中存在反应时间长、需要高压、工艺复杂等问题，提供了一种在常温常压下，工艺简单、反应时间短的制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法，该方法能够制备高度均匀、有序的掺杂银的TiO2纳米棒阵列。
本发明是采用下列技术方案来实现的。
一种制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法，包括以下步骤：
(1)钛片预处理：选用钛片为基体材料；将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗10min～40min，除去钛片表面的油污和附着物，去离子水冲洗表面，干燥待用；
(2)阳极氧化反应：以步骤(1)处理后的钛片作为阳极，铜片为阴极，控制两极间距离为20mm～60mm；每1000ml去离子水中溶解2.5～12.5gNH4F、2.5～12.5g H2C2O4和0.25～5gAgNO3配制成电解质溶液；在施加磁力搅拌，搅拌速度控制为50～350r/min，控制钛片表面温度为常温的条件下，阳极氧化电流为50～250mA，反应时间为5～55min；
(3)超声清洗：将步骤(2)所得的钛片超声清洗，干燥备用。
为进一步实现本发明目的，钛片优选依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗10min～30min。
以铜片为阴极，钛片为阳极，两极间距离优选固定为20mm～50mm。
以每1000ml去离子水中溶解2.5～10.5gNH4F、4.5～12.5g H2C2O4和0.25～3.5gAgNO3配制成电解质溶液。
搅拌速度优选控制为150～350r/min。
阳极氧化反应控制电流优选为50～200mA，反应时间为15～55min。
本发明提供了一种钛片表面阳极氧化恒流法制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的技术，与现有技术相比具有如下突出的优点：
1.本发明采用阳极氧化恒流法，在钛片表面制备出掺杂银的TiO2纳米棒阵列，与其它制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列方法相比，对环境要求不高，只须在常温、常压下即可制备大规模、高度均一、排列整齐的纳米棒阵列。
2.本发明采用的阳极氧化工艺，能够通过调节工艺参数来控制钛片表面TiO2纳米棒的直径、长度、分布密度，以得到高比表面积的TiO2纳米棒阵列，提高TiO2的抗菌性能。
3.本发明采用的阳极氧化工艺是在钛片表面原位生成掺杂银的TiO2纳 米棒阵列，其与基底结合牢固，不易脱落。
4.本发明采用的阳极氧化法相比其他制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列工艺具有操作简单，易于控制和推广。
附图说明
图1为阳极氧化恒流法制备出的掺杂银的TiO2纳米棒阵列的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施方式不仅限于此。
实施例1
步骤一：钛片预处理
选用钛片为基体材料，将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗10min，除去钛片表面的油污和附着物，去离子水冲洗表面，干燥待用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
步骤二：阳极氧化反应
(1)安装两极：以钛片作为阳极，铜片为阴极，两极间距离固定为20mm。
(2)配制电解质溶液：将2.5gNH4F、2.5gH2C2O4和0.25gAgNO3溶解于1000ml去离子水中。
(3)阳极氧化反应：将步骤(1)中安装好的钛片和铜片放入步骤(2)电解质溶液中。选取电流为50mA，反应5min，整个阳极氧化过程始终施加磁力搅拌，使电解液浓度均匀，搅拌转速为50r/min，控制钛片表面温度为常温。
步骤三超声清洗：
将步骤二所得的钛片，超声清洗，干燥备用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
本实施例采用阳极氧化恒流法在钛片表面制备出掺杂银的TiO2纳米棒阵列。图1为场发射扫描电子显微镜(Nova Nano SEM 430)所得照片，图1中纳米棒阵列大小均匀一致、排列有序并具有一定取向，长径比为4，平均分布密度为190～210根/μm2，即通过阳极氧化法可以制备出掺杂银的纳米棒阵列。
本发明其他实施例制备的掺杂银的纳米棒阵列电镜照片情况与图1基本相同，不再一一提供。
实施例2
步骤一：钛片预处理
选用钛片为基体材料，将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗20min，除去钛片表面的油污和附着物，去离子水冲洗表面，干燥待用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
步骤二：阳极氧化反应
(1)安装两极：以钛片作为阳极，铜片为阴极，两极间距离固定为30mm。
(2)配制电解质溶液：将6.5gNH4F、4.5gH2C2O4和1.5gAgNO3溶解于1000ml去离子水中。
(3)阳极氧化反应：将(1)中安装好的钛片和铜片放入(2)电解质溶液中。选取电流为150mA，反应15min，整个阳极氧化过程始终施加磁力搅拌，使电解液浓度均匀，搅拌转速为150r/min，控制钛片表面温度为常温。
步骤三：超声清洗
将步骤二所得的钛片，超声清洗，干燥备用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
本实例制备的掺杂银的纳米棒阵列大小均匀一致、排列有序并具有一定取向，长径比增大为10，平均分布密度增大为250～270根/μm2。
实施例3
步骤一：钛片预处理
选用钛片为基体材料，将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗30min，除去钛片表面的油污和附着物，去离子水冲洗表面，干燥待用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
步骤二：阳极氧化反应
(1)安装两极：以钛片作为阳极，铜片为阴极，两极间距离固定为50mm。
(2)配制电解质溶液：将10.5gNH4F、7.5gH2C2O4和3.5gAgNO3溶解于1000ml去离子水中。
(3)阳极氧化反应：将(1)中安装好的钛片和铜片放入(2)电解质溶液中。选取电流为200mA，反应35min，整个阳极氧化过程始终施加磁力搅拌，使电解液浓度均匀，搅拌转速为250r/min，控制钛片表面温度为常温。
步骤三：超声清洗
将步骤二所得的钛片，超声清洗，干燥备用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
本实例制备掺杂银的纳米棒阵列大小均匀一致、排列有序并具有一定取向，长径比为16，平均分布密度为300～320根/μm2。
实施例4
步骤一：钛片预处理
选用钛片为基体材料，将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗40min，除去钛片表面的油污和附着物，去离子水冲洗表面，干燥待用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
步骤二：阳极氧化反应
(1)安装两极：以钛片作为阳极，铜片为阴极，两极间距离固定为60mm。
(2)配制电解质溶液：将12.5gNH4F、12.5gH2C2O4和5gAgNO3溶解于1000ml去离子水中。
(3)阳极氧化反应：将(1)中安装好的钛片和铜片放入(2)电解质溶液中。选取电流为250mA，反应55min，整个阳极氧化过程始终施加磁力搅拌，使电解液浓度均匀，搅拌转速为350r/min，控制钛片表面温度为常温。
步骤三：超声清洗
将步骤二所得的钛片，超声清洗，干燥备用。超声清洗中超声功率为40KW，频率为150khz。
本实例制备掺杂银的纳米棒阵列大小均匀一致、排列有序并具有一定取向，长径比为9，平均分布密度为240～260根/μm2。

Claims (6)

1.一种制备掺杂银的TiO2纳米棒阵列的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)钛片预处理：选用钛片为基体材料；将选用的钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗10min～40min，除去钛片表面的油污和附着物，去离子水冲洗表面，干燥待用；
(2)阳极氧化反应：以步骤(1)处理后的钛片作为阳极，铜片为阴极，控制两极间距离为20mm～60mm；每1000ml去离子水中溶解2.5～12.5gNH4F、2.5～12.5g H2C2O4和0.25～5gAgNO3配制成电解质溶液；在施加磁力搅拌，搅拌速度控制为50～350r/min，控制钛片表面温度为常温的条件下，阳极氧化电流为50～250mA，反应时间为5～55min；
(3)超声清洗：将步骤(2)所得的钛片超声清洗，干燥备用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钛片依次经去离子水、无水乙醇、丙酮各超声清洗10min～30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以铜片为阴极，钛片为阳极，两极间距离固定为20mm～50mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以每1000ml去离子水中溶解2.5～10.5gNH4F、4.5～12.5g H2C2O4和0.25～3.5gAgNO3配制成电解质溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：搅拌速度控制为150～350r/min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：阳极氧化反应控制电流为50～200mA，反应时间为15～55min。
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