404 仿生技术制备二氧化钛纳米管阵列 - Materials Views 中国

仿生技术制备二氧化钛纳米管阵列

利用蛋白质辅助合成具有多孔壁高长径比的规整二氧化钛纳米管阵列。

过渡金属氧化物纳米管阵列在电子学、电化学、光化学和生物化学传感器件等方面有着重要的应用,例如用于高效催化剂或吸附剂、太阳能电池的电极、气体传感器、生物分子选择分离膜等等。传统的制备方法一般采用多孔氧化铝作为模板,在其上沉积氧化物薄层,再除去模板获得氧化物纳米管阵列。一般沉积氧化物的方法包括气相原子层沉积法、液相溶胶凝胶沉积法等等。

最近,来自佐治亚理工大学(Georgia Institute of Technology)的Sandhage教授和美国空军研究实验室(Air Force Research Laboratory)的科学家们在Advanced Functional Materials上报道了一种利用仿生技术制备二氧化钛纳米管阵列的方法。他们采用多孔氧化铝作为模板,在含有鱼精蛋白(protamine)和含钛前驱体的溶液中用交流电进行循环沉积处理,从而在氧化铝纳米孔道内逐层沉积了蛋白-氧化钛复合薄层。他们再利用高温热解去除水分和鱼精蛋白,并使二氧化钛晶化。最后用氢氧化钠溶解掉氧化铝模板,获得了规整排列的高长径比多孔二氧化钛纳米管阵列。相比于传统方法,该方法简便可控。它既不需要像气相沉积法那样昂贵的设备,也不需要像液相表面溶胶凝胶沉积法那样,依赖某些对空气或湿度敏感的液态前驱体以及繁琐的多步表面修饰处理。这种方法还可以很好的调控所制备的二氧化钛纳米管的管壁厚度。

利用该方法所合成的二氧化钛纳米管实际上是由二氧化钛颗粒相互交联而形成的,具有多孔且横向相连接的孔壁,因而对染料分子具有良好的吸附性能。Sandhage教授在所制备的二氧化钛纳米管上负载N719分子(一种含钌的染料分子)形成电极,并将这种电极组装成染料敏化太阳能电池。实验表明,这种方法制备的太阳能电池可以实现5.2±0.4%的能量转化效率。通过选择合适的模板和蛋白质,该方法有望用于组装多种形状和功能的多孔无机纳米材料,因而具有很好的应用前景。

 

J. D. Berrigan, et al., Adv. Funct. Mater. 2011, DOI: 10.1002/adfm.201002676.

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