CN113430574A - 一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法，涉及利用电化学方法制备纳米材料技术领域。采用电化学沉积法，以硝酸银作为银源，硼酸为稳定剂，TiO2纳米管为基体作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，采用脉冲电沉积法在TiO2纳米管表面制备纳米银；通过改变溶液的浓度、脉冲电压、脉冲时间、间隔时间以及循环次数实现纳米银形貌和尺寸的调节。通过添加硼酸作为稳定剂，通过电化学沉积法一次性在TiO2纳米管表面制备片状或颗粒状纳米银。通过改变溶液的浓度、脉冲电压、脉冲时间、间隔时间以及循环次数实现纳米银形貌和尺寸的调节，通过实验发现这些参数对制备纳米银材料的形貌和颗粒大小是十分关键的。

Description

一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法
技术领域
本发明涉及利用电化学方法制备纳米材料技术领域，具体是涉及一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，具有独特用途的新材料推陈出新，同时也要求材料的制备技术与时俱进，传统材料的制备方法在不平整表面制备均匀的纳米材料还存在一定的难度，所以科研工作者不断在寻找新工艺和新方法，其中电化学沉积技术尤为受到关注。
电化学沉积技术是一种典型的以逐层堆积方式成形的增材式的制备方法。其是一种液相方法，通过电化学沉积技术在材料表面可以获得具有多种功能的表面材料，是一种经济的制备材料方法，其设备投资少、工艺简单、操作容易、环境安全、生产方式灵活，适用于工业化大生产。但是，使用电化学沉积技术制备的材料微观上常常是颗粒的不断堆积形成的膜，制备均匀的纳米材料较为困难，因为其对于基体表面上的晶核生成和长大速度不容易控制。
TiO2纳米管材料具有表面积大、排列整齐的特点，在其表面制备纳米银有助于改善TiO2纳米管性能和提升纳米银的负载量。同时纳米银具有比较好的光学和等离子体特性，而这些特性在等离子体光催化、生物传感器和有色眼镜喷涂等方面的应用具有重要的影响。目前在TiO2纳米管上制备纳米银常常采用化学合成方法在溶液中合成，无法有效地实现纳米银附着在纳米管表面。同时，按照传统电化学沉积法以TiO2纳米管作为基体表面制备特殊形貌的纳米材料也是非常困难的。究其原因正是基于电化学沉积法对于TiO2纳米管基体表面上的晶核生成和长大速度不容易控制，无法获得有效的片状或颗粒状纳米银。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法，采用电化学沉积法一次性在TiO2纳米管表面制备片状或颗粒状纳米银，此方法制备简单，大大减少了制备成本。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法，采用电化学沉积法，以硝酸银作为银源，硼酸为稳定剂，TiO2纳米管为基体作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，采用脉冲电沉积法在TiO2纳米管表面制备纳米银；通过改变溶液的浓度、脉冲电压、脉冲时间、间隔时间以及循环次数实现纳米银形貌和尺寸的调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
①本发明通过添加硼酸作为稳定剂，通过电化学沉积法一次性在TiO2纳米管表面制备片状或颗粒状纳米银，从而克服了传统制备技术无法实现片状或颗粒状纳米银均匀沉积在TiO2纳米管表面的技术缺陷。
②本发明通过改变溶液的浓度、脉冲电压、脉冲时间、间隔时间以及循环次数实现纳米银形貌和尺寸的调节，通过实验发现这些参数对制备纳米银材料的形貌和颗粒大小是十分关键的。
③本发明采用电化学沉积技术明显降低了Ag纳米材料的制备成本和制备的可能性，制备的Ag纳米片或纳米颗粒可牢固附着于TiO2纳米管这种不均匀表面，该电化学沉积方法使得纳米Ag和TiO2纳米管基体一步完成附着，从而简化了制备材料的程序。
附图说明
图1为实施例1在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米片制备产物的SEM图。
图2为实施例1在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米片制备产物的XRD图。
图3为实施例2在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米颗粒制备产物的SEM图。
图4为实施例2在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米颗粒制备产物的XRD图。
具体实施方式
实施例1
在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米片的方法，步骤如下：
①制备TiO2纳米管
将Ti片置于氯化铵和乙二醇溶液中，通入40V直流电源3h，结束后用去离子水冲洗，烘干，从而在Ti片上制备出排列整齐的TiO2纳米管阵列。
②配置电极
在容器中配置电极，以步骤①制备好的TiO2纳米管的Ti片作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，分别与电化学工作站各对应电极相连接。
③配制溶液
称取0.062g的硼酸溶于100mL去离子中，混合均匀配制浓度为0.01mol/L的硼酸溶液。在暗室中称取0.170g硝酸银溶于100mL去离子中，混合均匀配制浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液。迅速将两种溶液混合均匀，倒入准备好电极的容器中。
④脉冲电沉积
设置脉冲电压为-0.8V，脉冲时间为1.0s，间隔时间为2s，循环20次。
⑤清洗烘干
待脉冲电沉积完成后，取出TiO2纳米管，用去离子水冲洗，烘干，即可实现在TiO2纳米管上制备片状纳米银。
图1、2分别为实施例1在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米片制备产物的SEM图、XRD图。由图1可以看出，类六边形的纳米片垂直生长于TiO2纳米管的表面，通过图2的XRD图可以看出主要由Ag、TiO2的锐钛矿型和Ti基底的衍射峰组成，表明实施例1中成功制备了Ag，结合图1和图2表明实施例1中成功制备了类六边形的Ag纳米片垂直生长于TiO2纳米管的表面。
实施例2
在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米颗粒的方法，步骤如下：
①制备TiO2纳米管
将Ti片置于氯化铵和乙二醇溶液中，通入40V直流电源3h，结束后用去离子水冲洗，烘干，从而在Ti片上制备出排列整齐的TiO2纳米管阵列。
②配置电极
在容器中配置电极，以步骤①制备好的TiO2纳米管的Ti片作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，分别与电化学工作站各对应电极相连接。
③配制溶液
称取0.062g的硼酸溶于100mL去离子中，混合均匀配制浓度为0.01mol/L的硼酸溶液。在暗室中称取0.170g硝酸银溶于100mL去离子中，混合均匀配制浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液。迅速将两种溶液混合均匀，倒入准备好电极的容器中。
④脉冲电沉积
设置脉冲电压为-1.0V，脉冲时间为1.0s，间隔时间为3s，循环120次。
⑤清洗烘干
待脉冲电沉积完成后，取出TiO2纳米管，用去离子水冲洗，烘干，即可实现在TiO2纳米管上制备颗粒状纳米银。
图3、4分别为实施例2在TiO2纳米管表面沉积Ag纳米颗粒制备产物的SEM图、XRD图。由图3可以看出，纳米颗粒均匀沉积于TiO2纳米管的管壁和顶部，图4可以看出主要由Ag、TiO2的锐钛矿型和Ti基底的衍射峰组成，表明实施例2中成功制备了Ag，结合图3和图4表明实施例2中成功在TiO2纳米管表面沉积了Ag纳米颗粒。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种在TiO2纳米管上制备纳米银的方法，采用电化学沉积法，其特征在于，以硝酸银作为银源，硼酸为稳定剂，TiO2纳米管为基体作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，采用脉冲电沉积法在TiO2纳米管表面制备纳米银；通过改变溶液的浓度、脉冲电压、脉冲时间、间隔时间以及循环次数实现纳米银形貌和尺寸的调节。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤如下：
①配置电极
在容器中配置电极，以TiO2纳米管为基体作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，分别与电化学工作站各对应电极相连接；
②配制溶液
将硼酸溶于去离子水中配制浓度为0.01～0.05mol/L的硼酸溶液，在暗室中将硝酸银溶于去离子水中配制浓度为0.01～0.5mol/L的硝酸银溶液，迅速将两种溶液按照体积比1∶1混合均匀并倒入准备好电极的容器中；
③脉冲电沉积
设置脉冲电压为-0.4～-1.0V，脉冲时间为0.5～1.0s，间隔时间为1～4s，循环10-200次；
④清洗烘干
待脉冲电沉积完成后，取出TiO2纳米管，用去离子水冲洗，烘干，即可实现在TiO2纳米管上制备纳米银。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤如下：
①配置电极
在容器中配置电极，以TiO2纳米管为基体作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，分别与电化学工作站各对应电极相连接；
②配制溶液
将硼酸溶于去离子水中配制浓度为0.01mol/L的硼酸溶液，在暗室中将硝酸银溶于去离子水中配制浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液，迅速将两种溶液按照体积比1∶1混合均匀并倒入准备好电极的容器中；
③脉冲电沉积
设置脉冲电压为-0.8V，脉冲时间为1.0s，间隔时间为2s，循环20次；
④清洗烘干
待脉冲电沉积完成后，取出TiO2纳米管，用去离子水冲洗，烘干，即可实现在TiO2纳米管上制备片状纳米银。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤如下：
①配置电极
在容器中配置电极，以TiO2纳米管为基体作为工作电极，铂金属作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，分别与电化学工作站各对应电极相连接；
②配制溶液
将硼酸溶于去离子水中配制浓度为0.01mol/L的硼酸溶液，在暗室中将硝酸银溶于去离子水中配制浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液，迅速将两种溶液按照体积比1∶1混合均匀并倒入准备好电极的容器中；
③脉冲电沉积
设置脉冲电压为-1.0V，脉冲时间为1.0s，间隔时间为3s，循环120次；
④清洗烘干
待脉冲电沉积完成后，取出TiO2纳米管，用去离子水冲洗，烘干，即可实现在TiO2纳米管上制备颗粒状纳米银。
5.如权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述TiO2纳米管的制备方法为：将Ti片置于氯化铵和乙二醇溶液中，通入40V直流电源3h，结束后用去离子水冲洗，烘干，从而在Ti片上制备出排列整齐的TiO2纳米管阵列。
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