水热法在二氧化钛纳米管上长金

水热法在二氧化钛纳米管上长金
一、实验目的
了解阳极氧化法、水热法的基本原理，掌握用水热法进行掺杂的实验方法
二、实验原理
（一）阳极氧化法制备TiO2
金属钛在阳极电流的作用下失去电子, 不断和溶液中的水发生作用, 生成二氧化钛; 而生成的二氧化钛在HF 溶液的作用下发生溶解,不断地从钛片表面上脱离出来. 这两个过程可以用如下的化学反应式表示:
Ti＋2H2O－4e－→TiO2 ＋4H＋
TiO 2 ＋4H＋＋6F －→[TiF6 ]2 －＋2H2O
（二）水热法进行掺杂
水热法是在高温高压下在水溶液或蒸气等流体中进行有关化学反应的总称。

通常是在特别的反应器高压釜中,采用水作为反应体系,通过将反应体系加热至临界温度或接近临界温度,在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备。

得到的物质具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀、颗粒团聚较轻、可使用较为便宜的原料、易得到合适的化学计量物和晶形等优点。

TiO2纳米管、纳米纤维具有大的比表面积，较高的吸附能力，较强的光催化性能；若填充更小的无机、有机、金属或磁性纳米级颗粒，形成一维复合纳米材料，将会大大改善光电、电磁、催化及抗菌等性能。

水热法无需煅烧,避免硬团聚，可望制备出更高质量的产品。

基于这样的实验原理我们可在二样化钛纳米管上长金。

三、实验药品及器材
氯金酸、二氧化钛纳米片、L-组氨酸
反应釜、烧杯、PH计、量筒、剪刀
四、实验步骤
（一）阳极氧化钛片
1.裁剪钛片、铂片，用洗涤剂清洗，再依次用丙酮、酒精、去离子水超生清洗10分钟，去除表面油脂及杂物。

用吹风机吹干，在烘干箱中彻底干燥。

2.清洗烧杯、配置溶液
配置浓硫酸：将浓硫酸沿杯壁倒进水中，并用玻璃棒缓慢搅拌，搅动幅度不要太大，速度不要太快，冷却至室温。

若不慎溅到身上，应立刻用大量清水冲洗，并涂抹3%-5%NaHCO3溶液。

公式：C1V1=C2V2
3.阳极氧化
在质量分数为0.5%的氟化铵和1.75mol/的硫酸（H2SO4）组成的低粘度电解质溶液中，以20V的电压将Ti片阳极氧化25分钟，并通过超声震掉刚刚生成的二氧化钛薄膜，用去离子水冲洗干净。

然后在质量分数为0.25%的氟化铵和体积分数为2%的乙二醇高粘性电解质水溶中，以30v、40v的电压阳极氧化6小时。

用去离子水清洗，然后再温度为50摄氏度的烘干箱干燥2小时，将最终得到的TiO2纳米管阵列样品保存在干燥塔中。

（二）水热法进行掺杂
1.将阳极氧化后的TiO2钛片在酒精溶液里浸泡，清洗干净钛片后，剪下合适大
小的钛片备用。

洗净反应釜备用，测量其体积，测得总体积为30ml。

2.配置水和混合液，包括0.64mM的L-组氨酸溶液，25.4mM的氯金酸，搅拌3
分钟，使溶液混合均匀。

计算得所需的水的体积为20ml，氯金酸为0.1168g 3.在混合溶液中加入适当体积的1M的NaOH，NaOH的量为0.0373g，使得溶
液的ph值为10.53（可以用PH计测定溶液的PH值）可以观察到，当溶液由酸性变为碱性时，溶液的颜色由黄色变为褐色。

4.将混合溶液转移到的高压釜中，溶液体积占据高压釜的2/3，并且放入二氧
化钛纳米管片子，密封后在150摄氏度保持12小时。

5.测试
将反应后的钛片取出，在电镜下观察。

五、注意事项
1.注意不要让膜破裂，不要超生清洗。

2.氯金酸有很强的腐蚀性和水解性，使用过程中要避免洒出。

3.取氯金酸药品时，需要用塑料勺子，可用针管剪成。

4.称量绿金酸时，用塑料勺子进行称量，避免绿金酸水解变成液体。

5.由于氯金酸是强酸，可能会与钛片及钛片上的二氧化钛发生反应。

可能的反应式为：
Ti+HCl=TiCl4+2H2TiO2+4HCL=TiCL2+Cl2+2H2O
六、实验结果及分析
图中a、b、c是电压为40v阳极氧化得到的二氧化钛纳米管图片，图d是在电压为30v下得到的图片，从图a、b、c可以看出，通过阳极氧化得到的二氧化钛纳米管的粒径均匀，形状规整，纳米管的直径大约在125nm左右，而在30v 的电压下得到的纳米管的粒径不太均匀，粒径尺寸较小，在75nm左右。

说明电压会影响纳米管的形貌，本实验下，电压为40v得到的纳米管的形貌较好。

从b、c图也可以看出，管口和管底的直径大小有微小差别，管口的直径相对均匀。

图中A、B、C是用在40v电压下阳极氧化得到的二氧化钛纳米管在其表面长金。

图D是长金前二氧化钛纳米管的图片，对比实验前后可以看出，通过水热法成功地在二氧化钛纳米管上长金，二氧化钛纳米管完全被金纳米颗粒包覆，得到的金纳米颗粒粒径不太均匀，粒径大小约在100-200nm左右，纳米颗粒的形状呈不规则的片状或球状。