氧化鉍納米顆粒/二氧化鈦納米管陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦(T12)作為一種新型的η型半導(dǎo)體材料，因其具有突出的化學(xué)穩(wěn)定性、光電特性、生物相容性、抗腐蝕性等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光催化降解污染物、燃料敏化太陽(yáng)能電池、生物醫(yī)用材料、氣體傳感器和光解水制氫等方面。
[0003]與二氧化鈦納米顆粒相比，陽(yáng)極氧化法制備的二氧化鈦納米管陣列具有更大的比表面積、更高的表面能、容易回收重復(fù)利用和電子和空穴的負(fù)荷率較低等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們更多的關(guān)注和研宄。但是，二氧化鈦納米管陣列仍存在著一些缺點(diǎn)，限制了它在很多方面的應(yīng)用。例如，(1)打02的禁帶寬度較寬(銳鈦礦為3.2eV，金紅石為3.0eV)，只能吸收3?5%的太陽(yáng)光能(λ < 387nm)，太陽(yáng)能利用率低；(2) T12納米管的光生電子空穴對(duì)的復(fù)合率仍然較高，光催化活性低。
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，可將金屬、非金屬以及半導(dǎo)體納米粒子與二氧化鈦納米管陣列相復(fù)合。從而，大大改善1102納米管陣列的光電及催化性能，提高太陽(yáng)能的利用率。
[0005]具體地，復(fù)合納米半導(dǎo)體是將至少兩種具有不同能帶結(jié)構(gòu)的納米半導(dǎo)體以某種方式結(jié)合在一起，形成的復(fù)合型納米材料。通過(guò)該復(fù)合方式，能使T12禁帶寬度減小，有效抑制電子空穴對(duì)的復(fù)合，從而提高光催化效率。此外，由于二者的禁帶寬度差異，能夠使光生電子和空穴得以有效的分離，因此提高了光電轉(zhuǎn)換效率。例如，Bi2O3是一種P型半導(dǎo)體，禁帶寬度為2.8eV，與T12復(fù)合后，形成了 p-n異質(zhì)結(jié)，使T1 2納米管陣列的光響應(yīng)區(qū)域從紫外區(qū)向可見(jiàn)區(qū)方向發(fā)生紅移，從而提高了對(duì)太陽(yáng)能的利用率。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，采用脈沖電沉積法將Bi填充在1102納米管內(nèi)，利用熱處理得到Bi203/Ti02納米棒-納米管陣列，該復(fù)合陣列因Bi 203的填充而具有較強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收。然而，上述制備方法的工藝條件相對(duì)比較復(fù)雜，而且在顆粒尺寸及分散性等方面的可控性較差。
[0007]因此，針對(duì)上述問(wèn)題，有必要提出進(jìn)一步的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0010]一種氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法，其包括以下步驟:
[0011]S1.對(duì)鈦片進(jìn)行清洗；
[0012]S2.以清洗后的鈦片為陽(yáng)極，以鉑片為陰極，同時(shí)插入含有氟化銨和水的乙二醇溶液中，施加電壓，進(jìn)行陽(yáng)極氧化，制得T12納米管陣列，再將制得的T12納米管陣列進(jìn)行煅燒；
[0013]S3.配制含鉍離子的乙二醇溶液和含堿的乙醇溶液，溶液分散均勻后，將二者分別進(jìn)行超聲處理，同時(shí)將步驟S2中的T12納米管陣列輪流浸入進(jìn)行超聲處理的含鉍離子的乙二醇溶液和含堿的乙醇溶液中，浸入完畢后，對(duì)T12納米管陣列進(jìn)行清洗、干燥，重復(fù)浸入、清洗、干燥的操作后，再將干燥后的T12納米管陣列進(jìn)行煅燒，得到氧化鉍納米顆粒/二氧化鈦納米管陣列。
[0014]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟SI中，所述鈦片為純鈦或鈦合金，所述鈦片的尺寸為1.5cmX3.0cm。
[0015]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟SI具體包括:依次采用丙酮、乙醇和去離子水對(duì)鈦片超聲清洗20?60min。
[0016]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S2中，氟化錢的質(zhì)量百分比濃度為0.1?1.0wt%，水的體積百分比濃度為1.0?5.0v%o
[0017]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S2中，進(jìn)行陽(yáng)極氧化的電壓為40?60V，時(shí)間為2?4h。
[0018]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S2中，將制得的1102納米管陣列在空氣中進(jìn)行煅燒，煅燒的溫度為300?500°C，鍛燒的時(shí)間為I?5h，煅燒的升溫和降溫速率均為3?5°C /min。
[0019]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S3中，含秘離子的乙二醇溶液濃度為1.0?10.0mM ;含堿的乙醇溶液為氨水的乙醇溶液或氫氧化鈉的乙醇溶液，含堿的乙醇溶液的濃度為0.01?1.0M。
[0020]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S3中，對(duì)1102納米管陣列進(jìn)行清洗時(shí)，利用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗。
[0021]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S3中，在烘箱內(nèi)對(duì)T12納米管陣列進(jìn)行干燥，干燥溫度為30?60°C。
[0022]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S3中，定義將步驟S2中的T12納米管陣列分別浸入經(jīng)過(guò)超聲處理的含鉍離子的乙二醇溶液和含堿的乙醇溶液為一次循環(huán)，循環(huán)次數(shù)為I?20次，浸入溶液的時(shí)間為5?20min。
[0023]作為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的改進(jìn)，所述步驟S3中，將干燥后的1102納米管陣列在空氣中進(jìn)行煅燒，煅燒的溫度為400?600°C，鍛燒的時(shí)間為I?2h，煅燒的升溫和降溫速率均為3?5°C /min。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列采用自組裝和煅燒技術(shù)制得氧化鉍納米顆粒和二氧化鈦納米管的復(fù)合物，解決了現(xiàn)有工藝中制工序復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。具有工藝簡(jiǎn)便易操作，可控制氧化鉍顆粒的分散和尺寸大小的優(yōu)點(diǎn)。氧化鉍納米顆粒修飾的二氧化鈦納米管陣列一方面可提高復(fù)合物的光吸收能力；另一方面可將其光響應(yīng)拓展至可見(jiàn)光區(qū)，提高太陽(yáng)光的利用率。與未復(fù)合的T12相比較，制得的復(fù)合氧化鉍納米顆粒的T12納米管陣列光催化劑，在紫外光下降解10mg/L的甲基橙是未修飾二氧化鈦納米管光催化速率的1.95倍。且光催化降解污染物的效率明顯提高，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性能和可回收性，可實(shí)現(xiàn)氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的低成本、大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0025]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的制備方法的流程示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明制得的二氧化鈦納米管陣列的SEM圖，視圖a為正面形貌圖，視圖b為側(cè)面形貌圖；
[0028]圖3為實(shí)施例中制備的氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的SEM形貌圖，其中，視圖a、d、e、f為氧化鉍納米顆粒/ 二氧化鈦納米管陣列的正面形貌圖，視圖b、c為氧化鉍納米顆粒/二氧化鈦納米管陣列的側(cè)面形貌圖；
[0029]圖4(a)?(C)分別為實(shí)施例1中制備的氧化鉍納米顆粒/ 二氧