CN113430618A - 二氧化钛多孔层的制备方法 - Google Patents

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张少瑜
王生
胡冬艳
徐磊
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon

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Abstract

本申请公开了二氧化钛多孔层的制备方法，包括如下步骤：将钛箔放置在氢氟酸与硝酸所组成的抛光液中进行抛光处理，取出后用去离子水洗净；将氟硅酸添加到乙二醇溶液中制备成电解液，然后将抛光后的钛箔及石墨电极置于电解液，将钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加1～5mA/cm2的恒流电流，反应30～60min后取出，此时即制得老化的电解液；将抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加1～5mA/cm2的恒流电流，反应10～60min后取出。本发明具有如下有益效果：在相对较小的电流下制得二氧化钛多孔层，且多孔层的厚度容易控制，且多孔层均匀附着在钛箔表面，可以根据需要制成多种形状。

Description

二氧化钛多孔层的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种二氧化钛多孔层的制备方法。
背景技术
二氧化钛是一种应用非常广的半导体材料，多孔二氧化钛在异相催化、气敏等领域具有广泛的应用，多孔二氧化钛的性能(在异相催化及气敏等方面)与其规整程度高度相关，多孔二氧化钛的规整程度越高，其使用性能越佳。多孔二氧化钛的规整程度指的是二氧化钛层上的微孔的整齐程度，微孔的整齐程度包括微孔之间的孔径差异以及微孔的笔直程度。
现在多孔二氧化钛的制备通常是通过溶胶凝胶法，模板法以及阳极氧化法等。
目前阳极氧化法制备多孔二氧化钛的方法为将钛箔置于含氟离子的溶液中进行电解，电解时先在钛箔上形成一层致密的氧化层(即二氧化钛氧化层)，而在电解的过程中会有氧气泡穿越氧化层，氧气泡在穿越氧化层的过程中会在二氧化钛层上形成一个个的微孔。这部分的内容可参考《钛的阳极氧化过程及阳极氧化钛纳米结构的形成机理研究》一文，在该文的摘要的第八段有详细陈述。
将钛箔放在含氟离子的溶液中进行电解，电流密度要求达10mA/cm2以上，由于电流具有热效应，所以电解时电流密度越大，电解过程中产生的热量越多，导致电解液的温度越高，而电解液温度越高会导致电解液中氧气泡数量越多，而氧气泡数量过多会导致形成的多孔二氧化钛规整程度低。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种二氧化钛多孔层的制备方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种二氧化钛多孔层的制备方法，包括如下步骤
S1(即电极制备)：将钛箔放置在氢氟酸与硝酸所组成的抛光液中进行抛光处理，取出后用去离子水洗净；
此步骤的目的是去除钛箔表面的氧化层及其他杂质；
S2(即电解液制备及老化)：将氟硅酸添加到乙二醇溶液中制备成电解液，然后将抛光后的钛箔及石墨电极置于电解液，将钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加1～5mA/cm2的恒流电流，反应30～60min后取出，此时即制得老化的电解液；
这个步骤的目的是增加电解液中的Ti4+、OH-、O2-等离子的浓度，满足钛箔阳极氧化的要求；
S3(即多孔层生成)：将抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加1～5mA/cm2的恒流电流，反应10～60min后取出；
这个步骤的目的是在钛箔表面形成多孔氧化层。
本方法中，在相对较小的电流下制得二氧化钛多孔层，且多孔层的厚度容易控制，且多孔层均匀附着在钛箔表面，可以根据需要制成多种形状。
可选的，所述氢氟酸与硝酸的体积配比为1：3。
可选的，所述氢氟酸的浓度为65-68％，所述硝酸的浓度为40％。
可选的，乙二醇中添加1vol％的氟硅酸作为电解液。
可选的，将氟硅酸添加到乙二醇溶液中制备成电解液，然后将抛光后的钛箔及石墨电极置于电解液，将钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加4mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出，此时即制得老化的电解液。
可选的，将抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加2mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出。
可选的，抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加2mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出，用去离子水洗干净、晾干。
本发明的有益效果是：在相对较小的电流下制得二氧化钛多孔层，且多孔层的厚度容易控制，且多孔层均匀附着在钛箔表面，可以根据需要制成多种形状。
附图说明：
图1是实施例1制得的多孔二氧化钛层表面形貌电镜照片，
图2是实施例1制得的多孔二氧化钛层界面形貌电镜照片，
图3是对照实施例制得的多孔二氧化钛层表面形貌电镜照片，
图4是对照实施例制得的多孔二氧化钛层界面形貌电镜照片。
具体实施方式：
下面结合各实施例，对本发明做详细描述。
实施例1：
S1：将钛箔在体积比1:3的氢氟酸+硝酸抛光液中抛光10s，取出后用去离子水洗净。
S2：在乙二醇中添加1vol％的氟硅酸作为电解液,将抛光后的钛箔置于电解液中作为正极，石墨电极作为负极，正负极之间加上4mA/cm2的恒流电流，反应半小时后取出。
S3：该步骤与步骤3相似，将抛光后的钛箔置于电解液中作为正极，石墨电极作为负极，正负极之间加上2mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出，用去离子水洗净，晾干，即制得二氧化钛多孔层。
对照实施例
S1：将钛箔在体积比1:3的氢氟酸+硝酸抛光液中抛光10s，取出后用去离子水洗净。
S2：在乙二醇中添加0.25wt％～0.5wt％的NH4F作为电解液，将抛光后的钛箔置于电解液中作为正极，石墨电极作为负极，正负极之间加上15mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出。
S3：该步骤与步骤3相似，将抛光后的钛箔置于电解液中作为正极，石墨电极作为负极，正负极之间加上15mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出，用去离子水洗净，晾干，即制得二氧化钛多孔层。
结合附图1与附图3对比，附图2与附图4对比，可知实施例1相对于对照例制备得到的二氧化钛多孔层更加规整。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤
电极制备：将钛箔放置在氢氟酸与硝酸所组成的抛光液中进行抛光处理，取出后用去离子水洗净；
电解液制备及老化：将氟硅酸添加到乙二醇溶液中制备成电解液，然后将抛光后的钛箔及石墨电极置于电解液，将钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加1～5mA/cm2的恒流电流，反应30～60min后取出，此时即制得老化的电解液；
多孔层生成：将抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加1～5mA/cm2的恒流电流，反应10～60min后取出。
2.如权利要求1所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸与硝酸的体积配比为1：3。
3.如权利要求1或2所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度为65-68％，所述硝酸的浓度为40％。
4.如权利要求1所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，乙二醇中添加1vol％的氟硅酸作为电解液。
5.如权利要求1所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，将氟硅酸添加到乙二醇溶液中制备成电解液，然后将抛光后的钛箔及石墨电极置于电解液，将钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加4mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出，此时即制得老化的电解液。
6.如权利要求1所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，将抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加2mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出。
7.如权利要求1所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，抛光后的钛箔及石墨电极置于老化后的电解液中，以钛箔作为正极，将石墨电极作为负极，二者之间施加2mA/cm2的恒流电流，反应30min后取出，用去离子水洗干净、晾干。
8.如权利要求1所述的二氧化钛多孔层的制备方法，其特征在于，先进性电极制备，再进行电解液制备及老化。
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