TiO_2纳米管的模板法制备及表征.pdfVIP

V0l_22 高等学校化学学报 No．i 2 0 0 年1月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES I3O～132 [研究快报] TiO：纳米管的模板法制备及表征 李晓红 张校刚 力虎林 (兰州大学化学化工学院，兰州 730000) 关键词 TiO 纳米管；多孔阳极氧化铝；溶腔凝腔；电子显微镜 中图分类号 0646 文献标识码 A 文章编号 0251 0790(2001)ol一0130—03 TiO 纳米材料在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等 方面具有广阔的应用前景，成为重点研究的课题之一l1～J．目前， TiO：纳米粉体和纳米膜的研究较 为普遍，而TiO 纳米管的报道不多．由于纳米管比纳米膜具有更大的比表面积，因而具有较高的吸附 能力，可望提高TiO。的光电转换效率．模板法(包括多孔阳极氧化铝膜(PAA)、光刻蚀制备的纳米模 板、聚碳酸酯纳米滤膜等)在制备导电聚合物、金属、碳、无机半导体等纳米管或线型材料方面已得到 广泛应用n ]，在这些模板中，PAA膜具有均匀分布的垂直于表面的相互平行的密集纳米孔，且孔径、 孔间距、膜厚可以通过电化学手段加以控制-- ”]． 本文 PAA膜为模板，利用溶胶凝胶法成功地制备了长度、孔径和管壁厚度可控的锐钛矿型 TiO 纳米管，并用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、x射线和红外光谱等手段对TiO。纳米管的结构 和形貌进行了表征． 1 实验部分 1．1 多孔阳极氧化铝(PAA)模板的制备 将高纯铝箔(纯度99．99 上)依次用丙酮、0．1 mol／L NaOH溶液、去离子水超声清洗，得到光滑平整的 表面．清洗后的基片在高氯酸和乙醇Iv(高氯酸)： V(乙醇)一1：4]的混合溶液中进行电抛光处理，然 后在0．7 mol／L的草酸电解液中阳极氧化，电极工 作电压为100 V．氧化后的基片用去离子水冲洗于 净，在饱和ngC1 溶液中脱膜．用氮气吹干，放人 干燥器中备用．利用扫描电镜对其形貌进行了观 察，结果表明，这种模板剂由均匀致密的微孔构 成，其孔径、长度、孔密度由氧化条件控制 ．本 Fig．1 SEM image of PAA membrane 工作中使用的PAA模板的平均孔径为100 nm孔密度为1、2×10 cm (图1)． 1、2 TiO!纳米管的制备 用溶胶一凝胶法制备TiO 纳米管 ，将5 mL钛酸四丁酯加到25 mL无水 乙醇中，在冰水浴中磁力搅拌，然后缓慢滴加25 mL无水乙醇、0．5 mL水和1．5 mL冰醋酸的混合溶 液，得到透明的TiO 溶胶．将PAA膜立即浸入该溶胶中数分钟后取出，在空气中干燥30min，再在 马弗炉中 100 rC／h的速度升温至400℃，恒温6 h， 50℃／h的速度降至室温． 1、3 结构表征 采用JSM一5600 LV型扫描电子显微镜表征rio 纳米管的全貌；采用Hatachi一600型 透射电子显微镜表征TiO 纳米管的局部形貌和电子衍射环；做电镜分析前，用6 mol／L NaOH溶液溶 解除去PAA模板；采用理学D／Max 2400型x射线仪表征TiO 纳米管的晶体结构，辐射源为Cu ， 收稿日期：2000—05 30 基金项目：国家自然科学基金(批准号资助 联系^简介 力虎林(1936年出生)，男，教授，博士生导师、从事电化学、材料化学基础和应用研究． 李晓红等：TiO。蚋朱管的模板法制备厦表狂 一0．154 18 am；采用Nicolet FTS一5DX型红外光谱仪表征TiO 纳米管的键舍结构． 2 结果与讨论 2，1 透射电子显微镜分析(TEM) 图2是用PAA膜制备的TiO 纳米管的TEM明场(A)和暗场(B) 和相应的电子衍射(c)图，PAA膜在胶体溶液中沉浸的时间为2 rnin．从图2(A)和(B)可以看出，TiO， 纳米管的直径为100 am，与PAA膜的孔径大小相一致，表明纳米管的直径取决于PAA模板的孔径， 管壁厚约10 am．因此，可以通过控制阳极氧化