[发明专利]一种二氧化钛纳米管复合材料及沉积SnSe纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料领域，更具体地说，涉及一种二氧化钛纳米材料的改性方法及其沉积纳米颗粒的方法。

背景技术

由于能源比较短缺，人们开始寻找环境友好型的新能源材料来代替传统的。目前，人们集中精力研究具有高的比表面积和更高催化活性的材料。纳米TiO₂作为一种绿色功能材料，具有一些特殊的性质，比如：N型半导体、化学与机械稳定性、光催化活性、生物活性、低制备成本等，已经成为该领域的研究热点之一。与纳米TiO₂粉末相比，TiO₂纳米管具有制备成本低、大的比表面积、规则的表面形貌、较好的光稳定性和化学惰性等优良性质，而且具有更高的吸附能力和活性点位，具有高的光催化效率，可应用于器皿传感器件、催化剂、太阳能电池和生物材料等方面。但是二氧化钛的禁带宽度较宽，只能利用太阳光中的紫外光部分，而紫外光只占太阳光总能量的4％，如何降低其禁带宽度，使之能利用太阳光中可见光部分(占太阳能总能量的43％)，是提高其光催化以及光电转化率的关键。目前，为进一步提高TiO₂纳米管的催化效率，研究者们采用自掺杂法在TiO₂纳米管表面掺杂各类贵金属，比如：Pd、Pt、Au、Rt等，然而这些金属价格昂贵，很难在工业范围内推广。也有学者采取在TiO₂纳米管表面掺杂两种纳米颗粒进行TiO₂纳米管的三元复合，比如Pt/Au/TiO₂-NTs、Pt/Ru/TiO₂-NTs、CdS/PtTiO₂-NTs、CdS/CdSe/TiO₂-NTs等，然而沉积到纳米管上的纳米粒子大小不一、分布不均匀、粘着性不好。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种二氧化钛纳米管复合材料及沉积SnSe纳米颗粒的方法，以获得较好的电催化效率，获得表面分布均匀且大小可控的纳米颗粒，整个工艺具有成本低、制备过程简单的特点。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

首先(即步骤1)利用两电极系统制备二氧化钛纳米管：将作为阳极使用的钛合金或者纯钛装入阳极氧化装置中，阴极为铂片或者石墨，电解液为水和甘油的混合溶液，其中甘油与水的体积比为0.4-3，NH₄F的浓度为0.1-0.5mol/L，通入的恒定电压为10-60V，通入电压的时间为10min-4h，可制得自组装TiO₂纳米管。

其中所述步骤(1)中使用的钛合金为Ti-Zr合金，其中Ti和Zr的原子摩尔比为(7-9)∶(3-1)，优选Ti和Zr的原子摩尔比为7∶3、8∶2或者9∶1。

所述步骤(1)中使用的钛合金为Ti-Zr-Nb合金，其中Ti、Zr和Nb的原子摩尔比为(73-74)∶(2-4)∶(22-25)，优选Ti、Zr和Nb的原子摩尔比为74∶4∶22或者73∶2∶25。

所述步骤(1)使用的钛合金为Ti-Zr-Nb-Sn合金，其中Ti、Zr、Nb和Sn的原子摩尔比为72∶4∶22∶2。

所述步骤(1)中，甘油与水的体积比优选为1，NH₄F的浓度优选为0.27-0.3mol/L。

所述步骤(1)中，通入的恒定电压优选为30V，通入电压的时间优选为3h。

其次(即步骤2)将制备的有TiO₂纳米管的钛合金或者纯钛进行电化学沉积SnSe纳米颗粒：将制备的有TiO₂纳米管的钛合金或者纯钛置于电化学沉积溶液中，其中所述电化学沉淀溶液中，SnCl₂·2H₂O的浓度为0.045-0.06mol/L，Na₂SeO₃的浓度为0.0002-0.0008mol/L，柠檬酸三钠的浓度为0.015-0.03mol/L，丙三醇和水的体积比为0.5-2，调节pH值为0.5-1.5，溶液温度为20℃一30℃，沉积反应过程中的脉冲电压为-0.5V～-1V，占空比为0.02-0.08，反应时间为1000s一3600s。

其中所述步骤(2)中，溶液温度为20℃一25℃，沉积反应过程中的脉冲电压为-0.5V～-1V，占空比为0.04mV-0.08mV，反应时间为1500s一3000s。