一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)以FTO導(dǎo)電玻璃為襯底，包括FTO上的一層二氧化鈦納米棒陣列和二氧化鈦納米棒陣列上面的一層聚苯胺納米花；該二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟：先采用一種水熱法在FTO襯底上制備一層二氧化鈦納米棒陣列，再通過一種原位復(fù)合法在該二氧化鈦納米棒陣列上面制備一層聚苯胺納米花；即制得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)；本發(fā)明所提供的制備方法簡單，原料廉價易得成本低，合成工藝簡單易實現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；本發(fā)明所制備的二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)是由二氧化鈦納米棒陣列和聚苯胺納米花復(fù)合而成，該復(fù)合陣列形貌規(guī)整有序，重復(fù)性能好。
【專利說明】
一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦是一種重要的無機(jī)功能材料，屬于電子導(dǎo)電型（η型)半導(dǎo)體，因其具有較 強(qiáng)的光催化活性和較高的氧化還原電位而被廣泛應(yīng)用于染料敏化太陽能電池、紫外光電傳 感器和污染物降解等方面，然而二氧化鈦屬于寬禁帶半導(dǎo)體，且對可見光幾乎沒有利用率， 這些自身特點(diǎn)影響了其大規(guī)模的應(yīng)用。聚苯胺屬于空穴導(dǎo)電型（Ρ型）半導(dǎo)體導(dǎo)電聚合物， 具有環(huán)境穩(wěn)定性好，制備容易，成本低廉，且其導(dǎo)電性隨著其摻雜態(tài)的不同而不同，且容易 調(diào)控。因此，可將二氧化鈦與聚苯胺進(jìn)行復(fù)合以實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，以改善其實際應(yīng)用效果，例 如，中國專利201010150192. 6公開了一種用陽極氧化法制備二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合納米管 陣列的方法，其制備方法簡單易操作，條件易于實現(xiàn)。
[0003] 目前，制備二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的方法主要有水熱法、溶膠凝膠法、化學(xué)氣相沉積 法、陽極氧化法等。在這些方法中，水熱法因其操作簡單，條件易控制，在制備納米二氧化 鈦結(jié)構(gòu)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。聚苯胺納米結(jié)構(gòu)的方法有化學(xué)氧化法、電化學(xué)法、輻射合成法 等，在這些合成法中溶液化學(xué)氧化法因其操作簡單，合成工藝穩(wěn)定而具有獨(dú)特的優(yōu)勢，目前 通過原位沉積化學(xué)氧化法制備二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法還未有人報道過。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法，該制備方法操 作簡單、容易控制。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 本發(fā)明提供的一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)在FT0導(dǎo)電玻璃襯底 上是一層二氧化鈦納米棒陣列，在二氧化鈦納米棒陣列上面是一層聚苯胺納米花。
[0006] 本發(fā)明還提供一種制備二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的水熱法和原位沉積化 學(xué)氧化法，以鈦酸丁酯和苯胺單體為原料，該方法的步驟如下： (1) 將鈦酸丁酯、濃鹽酸、蒸餾水按體積比為〇. 5~1. 0 :25 :25配置反應(yīng)液Α，將反應(yīng)液 Α置于密封高壓反應(yīng)釜中；將FT0導(dǎo)電玻璃依次置于丙酮、無水乙醇和蒸餾水中超聲清洗 30min，并將其烘干后置于上述反應(yīng)液A中，F(xiàn)T0導(dǎo)電面朝下，控制反應(yīng)溫度140~160°C，反應(yīng) 時間14~22h，反應(yīng)完成后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌2~3次，室溫干燥后，得到產(chǎn)物二氧化 鈦納米棒陣列； (2) 將苯胺單體溶液與lmol/L的稀鹽酸溶液按體積比為0. 1~0. 2 :20配制苯胺的稀鹽 酸溶液B ;將步驟（1)中制得的二氧化鈦納米棒陣列置于溶液B中，二氧化鈦納米棒陣列面 朝上，然后往溶液B中加入濃度為0. lmol/L的氧化劑過硫酸銨溶液，得到溶液C，硫酸銨溶 液與溶液B的體積比為0. 5~1. 0 :20,立即將溶液C置于溫度為0~4°C的冰箱中反應(yīng)0. 5~4h， 得到二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物； (3)將二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物置于步驟（2)的溶液B中，重復(fù)步驟（2)的操作2~4 次；用蒸餾水洗滌2~3次，室溫干燥后，制得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0007] 進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟（1)中反應(yīng)液鈦酸丁酯、濃鹽酸、蒸餾水的體積比為0. 7 :25 : 25,反應(yīng)溫度為150°C，水熱反應(yīng)時間為20h。
[0008] 進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟（2)中苯胺單體溶液與lmol/L的稀鹽酸溶液的體積比為 0. 16 ：20〇
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟（2)中0. lmol/L的過硫酸銨溶液與苯胺的稀鹽酸溶液B體積 比為0. 7 :20 ;并立即將溶液C置于溫度為0~4°C的冰箱中反應(yīng)lh。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟（3)中重復(fù)步驟（2)操作次數(shù)為3次。
[0011] 本發(fā)明中所述的濃鹽酸和鈦酸丁酯的純度為分析純，苯胺單體是ACS級的，99+%。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明采用水熱法合成二氧化鈦納米棒陣列，在制備二氧化鈦聚苯胺復(fù)合納米結(jié)構(gòu)時 采用一種簡單易操作的原位沉積復(fù)合法。本發(fā)明所提供的制備方法簡單，原料廉價易得成 本低，合成工藝簡單易實現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明所制備的二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié) 構(gòu)是由二氧化鈦納米棒陣列和聚苯胺納米花復(fù)合而成，該復(fù)合陣列形貌規(guī)整有序，重復(fù)性 能好。
[0013]
【附圖說明】
[0014] 圖1為二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1為聚苯胺納米花，2為二 氧化鈦納米棒陣列，3為FT0導(dǎo)電玻璃。
[0015] 圖2、3分別為實施例1所得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)頂面和斷面的掃描電 鏡圖。
[0016] 圖4、5分別為實施例2所得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)頂面和斷面的掃描電 鏡圖。
[0017] 圖6、7分別為實施例3所得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)頂面和斷面的掃描電 鏡圖。
[0018] 圖8、9分別為實施例4所得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)頂面和斷面的掃描電 鏡圖。
[0019]
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限于下列實施例，應(yīng) 包括權(quán)利要求書中的全部內(nèi)容。
[0021] 實施例1~8:二氧化鈦聚苯胺復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的制備步驟為： (1)將鈦酸丁酯、濃鹽酸、蒸餾水按一定體積比配置反應(yīng)液A，將反應(yīng)液A置于100mL的 密封高壓反應(yīng)釜中。將FT0導(dǎo)電玻璃依次置于丙酮、無水乙醇和蒸餾水中超聲清洗30min， 并將其烘干后置于上述反應(yīng)液A中，F(xiàn)T0導(dǎo)電面朝下，控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，反應(yīng)完成 后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌2~3次，室溫干燥后，得到產(chǎn)物二氧化鈦納米棒陣列。
[0022] (2)將苯胺單體溶液與lmol/L的稀鹽酸溶液按一定體積比配制苯胺的稀鹽酸溶 液B ;將步驟（1)中制得的二氧化鈦納米棒陣列置于溶液B中，二氧化鈦納米棒陣列面朝上， 然后往溶液B中加入濃度為0. lmol/L的氧化劑過硫酸銨溶液，得到溶液C，立即將溶液C置 于溫度為〇~4°C的冰箱中反應(yīng)一定時間后，得到二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物。
[0023] (3)將二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物置于步驟（2)的溶液B中，重復(fù)步驟（2)的操作 2~4次；用蒸餾水洗滌2~3次，室溫干燥后，制得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0024] (4)將所得產(chǎn)物用掃描電鏡（SEM)進(jìn)行表征，其中SEM用的是德國LE0公司所生產(chǎn) 的型號為LE0-1530VP的掃描電鏡。
[0025] 實施例1~8的制備條件參數(shù)如下表所示
實施效果 本發(fā)明實施效果：實施例1~4產(chǎn)物的微觀形貌通過掃描電鏡結(jié)果得到，其微觀形貌如 圖2~9所示為二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征為二氧化鈦納米棒陣列表面復(fù) 合有一層聚苯胺納米花結(jié)構(gòu)，其中聚苯胺納米花結(jié)構(gòu)的厚度隨著原位復(fù)合沉積的次數(shù)增多 而增大。
[0026] 以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能 因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技 術(shù)方案，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于：在FTO導(dǎo)電玻璃襯底上是一層 二氧化鈦納米棒陣列，在二氧化鈦納米棒陣列上面是一層聚苯胺納米花。2. -種權(quán)利要求1所述二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括 以下步驟： (1) 將鈦酸丁酯、濃鹽酸、蒸餾水按體積比為〇. 5~1. 0 :25 :25配置反應(yīng)液A，將反應(yīng)液 A置于密封高壓反應(yīng)釜中；將FT0導(dǎo)電玻璃依次置于丙酮、無水乙醇和蒸餾水中超聲清洗 30min，并將其烘干后置于上述反應(yīng)液A中，F(xiàn)T0導(dǎo)電面朝下，控制反應(yīng)溫度140~160°C，反應(yīng) 時間14~22h，反應(yīng)完成后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌2~3次，室溫干燥后，得到產(chǎn)物二氧化 鈦納米棒陣列； (2) 將苯胺單體溶液與lmol/L的稀鹽酸溶液按體積比為0. 1~0. 2 :20配制苯胺的稀鹽 酸溶液B ;將步驟（1)中制得的二氧化鈦納米棒陣列置于溶液B中，二氧化鈦納米棒陣列面 朝上，然后往溶液B中加入濃度為0. lmol/L的氧化劑過硫酸銨溶液，得到溶液C，硫酸銨溶 液與溶液B的體積比為0. 5~1. 0 :20,立即將溶液C置于溫度為0~4°C的冰箱中反應(yīng)0. 5~4h， 得到二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物； (3) 將二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物置于步驟（2)的溶液B中，重復(fù)步驟（2)的操作2~4 次；用蒸餾水洗滌2~3次，室溫干燥后，制得二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 步驟（1)中，所述反應(yīng)液鈦酸丁酯、濃鹽酸、蒸餾水的體積比為0. 7 :25 :25,反應(yīng)溫度為 150°C，水熱反應(yīng)時間為20h。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 步驟（2)中，所述的苯胺單體溶液與lmol/L的稀鹽酸溶液的體積比為0. 16 :20。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦/聚苯胺納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 步驟（2)中0. lmol/L的過硫酸銨溶液與苯胺的稀鹽酸溶液B體積比為0. 7 :20 ;并立即將 溶液C置于溫度為0~4°C的冰箱中反應(yīng)lh，得到二氧化鈦/聚苯胺復(fù)合產(chǎn)物。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦聚苯胺/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 步驟（3)中重復(fù)步驟（2)操作次數(shù)為3次。
【文檔編號】C08G73/02GK105837053SQ201510015671
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月13日
【發(fā)明人】易國斌, 王歡, 俎喜紅, 譚淼, 張政
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)