本发明专利技术提供了一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，设计材料化学领域。该黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料以钛片作为基底，通过刻蚀和水热法获得白色二氧化钛，再通过氢气高温还原工艺制得黑色二氧化钛。本发明专利技术所使用的基底为工业钛片，便宜易得，所使用的设备便宜且性能稳定，工艺方法简单，易于大规模制备，同时所制得的黑二氧化钛纳米线网络与基体之间结合稳固且分布均匀，相比于白色二氧化钛涂层，其在可见光谱区具有较强的吸收效果。在可见光下对难降解有机污染物活性艳蓝KN‑R的降解率达到84.12％，相同实验条件下催化效率是白色二氧化钛作为阳极材料的3.5倍。
Preparation of a black TiO2 nanowire network photoanode material
【技术实现步骤摘要】
一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法
本专利技术属于材料化学领域，尤其涉及一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，随着社会发展，环境污染越来越严重，特别是对水体的污染，已经对生态环境造成了破坏，甚至影响到人的生产生活。因此，解决水污染问题越来越引起人们重视。白色二氧化钛为本征半导体，禁带宽度为3.2eV且表面积小。根据半导体光催化的原理，白色二氧化钛只有吸收太阳光谱中的紫外部分才能发挥其光催化特性。然而阳光中的紫外部分仅为5％以下，因此白色二氧化钛的量子产率较低。而且，二氧化钛通常以悬浮颗粒存在溶液中进行降解，这会极大地影响其对光线的吸收以及光照辐射深度，而且悬浮颗粒在水中容易凝聚，反应后回收困难，这些因素严重影响了黑色二氧化钛的实际应用。本专利技术采用固体钛片，经水热和氢气加热还原后生成的黑色二氧化钛纳米线网络材料，因为TiO2与Ti3+/氧空位的自掺杂，不仅具有较大的比表面积，而且可以显著提高光生电子和空穴的分离效率，使其具有优异的光催化活性。因此，还原二氧化钛纳米线网络材料被认为是一种很有前途的光电阳极材料，可以在光电化学过程中发挥光电协同的作用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种黑二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，本专利技术以钛片为基材，通过水热法和氢气加热还原工艺制备出与基体结合良好、并且具有强吸收可见光能力的黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料，该材料作为电极，在可见光下具有良好的降解有机染料污染物的能力。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是，一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1：将钛片作为基底，去离子水冲洗3～6次；冲洗后钛片置于质量百分比为7～15％的草酸溶液中，在75～95℃下刻蚀1～3h，其间每15～25min搅拌一次，刻蚀后去离子水冲洗3～6次；S2：将步骤S1刻蚀后的钛片先后在丙酮溶液中超声15～45min、乙醇溶液中超声15～45min、去离子水中超声25～40min，取出后置于50～70℃下干燥7～9h；S3：将步骤S2干燥后的钛片浸泡于50～70mL浓度为3～6mol/L的氢氧化钠溶液中，在180～250℃下保温4～7h，保温结束后冷却至室温；S4：将步骤S3冷却后的钛片取出，置于浓度为0.8～1.5mol/L的HCl溶液中浸泡4～7min，取出后用去离子水冲洗3～6次，于50～70℃下真空干燥7～9h，干燥结束后冷却至室温获得白色二氧化钛；S5：将步骤S4干燥后的白色二氧化钛以1.5～3.0℃/min的升温速率加热至430～480℃，保温1～4h；S6：将步骤S5的白色二氧化钛通入H2和N2的混合气体，以1.5～3.0℃/min的升温速率加热至520～570℃，保温3～5h，保温结束后冷却至室温获得黑色二氧化钛。其中，步骤S1中所述基底为钛片，但不局限于钛片，具体也包括镍箔片，锌片，锡片。其中，步骤S1中所述钛片的纯度包括99.5～99.9％，尺寸包括60×5～80×80mm，厚度包括0.5～2mm。其中，步骤S1中所述钛片基底为长方形，但不局限于长方形，具体也包括正方形、三角形、圆形。其中，步骤S6中H2和N2的混合气体体积比0.5～1.2:10。其中，步骤S1～S4制备白色二氧化钛的工艺为水热法，但不局限于水热法，具体也包括电沉积法、气相沉积法、涂覆法。其中，步骤S5～S6制备黑色二氧化钛的工艺为氢气加热还原法，但不局限于氢气加热还原法，具体也包括铝热还原法、等离子氢化法。本专利技术有益效果为，该黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，以钛片作为基底，通过水热法和氢气加热还原工艺制备出黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料，该材料催化效果好，在光照射下，价带电子可被激发到导带，形成电子和空穴，与吸附在其表面上的O2和H2O相互作用，生成具有强氧化分解能力的自由基，作为电极材料在光电化学过程中发挥光电协同的作用，在污水处理中具有有机染料污染物降解能力，对难降解有机污染物活性艳蓝KN-R的降解率达到84.12％，相同实验条件下催化效率是白色二氧化钛作为阳极材料的3.5倍。附图说明图1为经刻蚀后的钛片表面宏观图；图2为白色二氧化钛片表面宏观图；图3为黑色二氧化钛片表面宏观图；图4为经刻蚀后的钛片表面扫描电子显微镜(SEM)图；图5为白色二氧化钛片表面扫描电子显微镜(SEM)图；图6为黑色二氧化钛片表面扫描电子显微镜(SEM)图；图7为制得的黑色二氧化钛纳米线网络材料的紫外可见漫反射(DRS)效果图；图8为制得的黑色二氧化钛纳米线网络材料的X射线衍射(XRD)效果图；图9为制得的黑色二氧化钛纳米线网络材料作为阳极材料降解活性艳兰KN-R效果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。为了使本专利技术的目的、方案、流程和优点更加清楚明晰，结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，值得注意的是，此处具体实施例仅作为解释说明本专利技术，并不用于限定本专利技术。例如制备白色二氧化钛的工艺还包括电沉积法、气相沉积法、涂覆法，制备黑色二氧化钛的工艺为还包括铝热还原法、等离子氢化法。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，本专利技术所用钛片购于宝鸡市钛加工厂，所用试剂均购于天津市科密欧化学试剂有限公司。实施例1一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1：用航空剪将纯度99.7％，厚度为1mm的钛片剪成尺寸为70×10mm的长方形作为基底，去离子水冲洗5次；冲洗后钛片置于质量百分比为10％的草酸溶液中，80℃下刻蚀2h，其间每隔20min搅拌一次，刻蚀后去离子水冲洗5次。如附图1所示为刻蚀后的钛片表面宏观图，附图4为刻蚀后的钛片表面扫描电子显微镜(SEM)图；S2：将所述步骤S1刻蚀后的钛片先后在丙酮溶液中超声30min、乙醇溶液中超声30min、去离子水中超声30min，取出后置于60℃烘箱中干燥8h；S3：在容积为80mL的不锈钢高压釜中加入浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液60mL，将所述步骤S2干燥后的钛片浸泡于溶液中，将高压釜置于烘箱中，200℃保温6h，保温结束后取出高压釜冷却至室温；S4：将所述步骤S3冷却后的钛片取出，置于浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸泡5min，取出后用去离子水冲洗5次，置于60℃真空干燥箱中干燥8h，干燥结束后冷却至室温获得白色二氧化钛。如附图2所示为白色二氧化钛片表面宏观图，附图5为白色二氧化钛片表面扫描电子显微镜(SEM)图；S5：将所述步骤S4干燥后的白色二氧化钛置于马弗炉中，以2.0℃/min的升温速率加热至450℃，保温2h；S6：将所述步骤S5的白色二氧化钛置于管式炉中，通入H2和N2体积比为1:10的混合气体，以2.0℃/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/nS1：将钛片作为基底，用去离子水冲洗3～6次，再置于质量百分比为7～15％的草酸溶液中，在75～95℃下刻蚀1～3h，其间每15～25min搅拌一次，刻蚀完后用去离子水冲洗3～6次；/nS2：将步骤S1中刻蚀后的钛片分别先后在丙酮溶液中超声15～45min、乙醇溶液中超声15～45min、去离子水中超声25～40min，取出后于50～70℃下干燥7～9h；/nS3：将步骤S2中干燥后的钛片浸泡于50～70mL浓度为3～6mol/L的氢氧化钠溶液中，在180～250℃下保温4～7h，结束后冷却至室温；/nS4：将步骤S3冷却后的所述钛片取出，置于浓度为0.8～1.5mol/L的HCl溶液中浸泡4～7min，取出后用去离子水冲洗3～6次，于50～70℃下真空干燥7～9h，干燥结束后冷却至室温获得白色二氧化钛；/nS5：将步骤S4中干燥后的所述白色二氧化钛以1.5～3.0℃/min的升温速率加热至430～480℃，保温1～4h，再通入H2和N2的混合气体，以1.5～3.0℃/min的升温速率加热至520～570℃，保温3～5h，结束后冷却至室温获得黑色二氧化钛。/n...
【技术特征摘要】
1.一种黑色二氧化钛纳米线网络光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1：将钛片作为基底，用去离子水冲洗3～6次，再置于质量百分比为7～15％的草酸溶液中，在75～95℃下刻蚀1～3h，其间每15～25min搅拌一次，刻蚀完后用去离子水冲洗3～6次；
S2：将步骤S1中刻蚀后的钛片分别先后在丙酮溶液中超声15～45min、乙醇溶液中超声15～45min、去离子水中超声25～40min，取出后于50～70℃下干燥7～9h；
S3：将步骤S2中干燥后的钛片浸泡于50～70mL浓度为3～6mol/L的氢氧化钠溶液中，在180～250℃下保温4～7h，结束后冷却至室温；
S4：将步骤S3冷却后的所述钛片取出，置于浓度为0.8～1.5mol/L的HCl溶液中浸泡4～7min，取出后用去离子水冲洗3～6次，于50～70℃下真空干燥7～9h，干燥结束后冷却至室温获得白色二氧化钛；
S5：将步骤S4中干燥后的所述白色二氧化钛以1.5～3.0℃/min的升温速率加热至430～480℃，保温1～4h，再通入H2和N2的混合气体，以1.5～3.0℃/min的升温速率加热至520～570℃，保温3～5h，结束后冷却至室温获得黑色二氧化钛...
【专利技术属性】
技术研发人员：马红超，李文峰，吕佳慧，王国文，董晓丽，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。