一種薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于二氧化鈦材料領(lǐng)域，特別涉及一種薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的制備方法。該材料具有有序的超薄片層狀陣列結(jié)構(gòu)，且該薄片狀二氧化鈦具有介孔結(jié)構(gòu)，有助于提高電荷傳輸性能，增大比表面積，可應(yīng)用在染料敏化太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以及光催化技術(shù)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)有序陣列薄膜，包括納米棒、納米管、納米線等形貌的有序陣列，因其具有直接的電子傳輸通道、較高的機(jī)械強(qiáng)度，在太陽(yáng)能電池、光催化、鋰電池及自潔凈材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的納米顆粒組成的致密薄膜相比，光生載流子沿二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)有序陣列薄膜的軸向方向進(jìn)行傳輸，能有效減少顆粒堆積界面造成的空穴與電子復(fù)合的幾率，從而增強(qiáng)電荷傳輸性能。制備二氧化鈦的納米結(jié)構(gòu)的常用方法主要有水熱合成法、表面活性劑輔助溶膠一凝膠法、鈦基底陽(yáng)極氧化法及模板法等，其中水熱合成法具有工藝簡(jiǎn)單、條件控制簡(jiǎn)易、成本低且不需要模板，直接生長(zhǎng)在透明導(dǎo)電玻璃上等優(yōu)點(diǎn)。我們通過(guò)利用透明導(dǎo)電玻璃作為反應(yīng)的載體，鈦酸四正丁酯水解后的產(chǎn)物在導(dǎo)電玻璃表面進(jìn)行有序的生長(zhǎng)。使用這種簡(jiǎn)單水熱方法一步獲得一種新型的薄片狀二氧化鈦納米陣列薄膜。對(duì)比現(xiàn)有報(bào)道的納米棒、納米管、納米線陣列等二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)有序陣列薄膜，這種方法獲得的二氧化鈦納米薄片狀陣列薄膜不僅具有高序列、定向生長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，且疏松的具有介孔的薄片結(jié)構(gòu)更有利于獲得大的比表面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的制備方法，本方法利用導(dǎo)電玻璃基底作為反應(yīng)基底，使用簡(jiǎn)單的水熱法一步制備出薄片狀二氧化鈦陣列薄膜。具體的制備方法如下:
(1)將導(dǎo)電玻璃基底依次用洗滌劑、丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br> (2)在高純水中一邊緩慢滴加TiCl4+邊攪拌；
(3)將步驟(I)中洗凈的導(dǎo)電玻璃基底以導(dǎo)電面朝上的方式浸漬于步驟(2)制得的溶液中，70°C水浴加熱Ih ；
(4)將步驟(3)中處理過(guò)的導(dǎo)電玻璃基底依次用無(wú)水乙醇、去離子水沖洗，干燥、煅燒后備用;
(5)在冰醋酸中加入的硝酸銀，攪拌至硝酸銀均勻分散在冰醋酸體系中后加入鈦酸四正丁酯(98%)，繼續(xù)攪拌至體系均勻，制得反應(yīng)溶液；
(6)將步驟(4)得到的基底垂直浸漬于(5)所得溶液中，150~200°C反應(yīng)12~24h，清洗，干燥后得到薄片狀二氧化鈦陣列薄膜。
[0004]所述步驟(2)中高純水溫度為0~10°C ;
所述步驟(4)中干燥溫度為50~70°C，干燥時(shí)間為l~3h ;煅燒溫度為450~500°C，煅燒時(shí)間為30~60min ；
所述步驟(5)中冰醋酸體積為30~40ml，硝酸銀重量為0.05-0.lg，鈦酸四正丁酯的體積為 1~1.5ml ；
本發(fā)明的有益效果為:
1.本發(fā)明以常見(jiàn)的鈦酸四正丁酯為鈦源，利用水熱法直接在導(dǎo)電玻璃基底上一步生長(zhǎng)薄片狀陣列，操作簡(jiǎn)單、成本低廉、工藝重復(fù)性高、材料無(wú)毒、環(huán)境友好。
[0005]2.本發(fā)明制備的薄片狀一■氧化欽為有序陣列結(jié)構(gòu)，有利于提尚電荷傳輸性能。
[0006]3.本發(fā)明制備的薄片狀二氧化鈦具有介孔結(jié)構(gòu)，有助于增大比表面積。
[0007]【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明實(shí)例I中制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜表面的低倍掃描電鏡圖。
[0008]圖2是本發(fā)明實(shí)例I中制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜表面的高倍掃描電鏡圖。
[0009]圖3是本發(fā)明實(shí)例I中制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜截面的掃描電鏡圖。
[0010]圖4是本發(fā)明實(shí)例I中制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明提出的一種制備薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的方法可通過(guò)如下的方法實(shí)施，具體的制備方法包括如下步驟:
實(shí)施例1
(1)將導(dǎo)電玻璃基底依次用洗滌劑、丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br> (2)在O°C高純水中一邊緩慢滴加TiCl4+邊攪拌；
(3)將步驟(I)中洗凈的導(dǎo)電玻璃基底以導(dǎo)電面朝上的方式浸漬于(2)制得的溶液中，70°C水浴加熱Ih ；
(4)將步驟(3)中處理過(guò)的導(dǎo)電玻璃基底依次用無(wú)水乙醇、去離子水沖洗，500C干燥3h、450°C煅燒60min后備用；
(5)在40ml冰醋酸中加入的0.1g硝酸銀，攪拌至硝酸銀均勻分散在冰醋酸體系中繼續(xù)加入Iml鈦酸四正丁酯(98%)，繼續(xù)攪拌至體系均勻，制得反應(yīng)溶液；
(6)將步驟(4)中得到的基底垂直浸漬于步驟(5)所得溶液中，150°C反應(yīng)18h，清洗，干燥后得到薄片狀二氧化鈦陣列薄膜。
[0012]實(shí)施例2
(1)將導(dǎo)電玻璃基底依次用洗滌劑、丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br> (2)在5°C高純水中一邊緩慢滴加TiCl4+邊攪拌；
(3)將步驟(I)中洗凈的導(dǎo)電玻璃基底以導(dǎo)電面朝上的方式浸漬于(2)中的溶液中，70°C水浴加熱Ih ；
(4)將步驟(3)中處理過(guò)的導(dǎo)電玻璃基底依次用無(wú)水乙醇、去離子水沖洗，600C干燥1.5h、480°C煅燒 30min 后備用；
(5)在35ml冰醋酸中加入的0.06g硝酸銀，加入后攪拌至硝酸銀均勻分散在冰醋酸體系中繼續(xù)加入1.2ml鈦酸四正丁酯(98%)，加入后繼續(xù)攪拌至體系均勻，制得反應(yīng)溶液；
(6)將步驟(4)中得到的基底垂直浸漬于步驟(5)所得溶液中，180°C反應(yīng)12h，清洗，干燥后得到薄片狀二氧化鈦陣列薄膜。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的制備，其特征在于，具體的制備方法包括如下步驟: (1)將導(dǎo)電玻璃基底依次用洗滌劑、丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，用氮?dú)獯蹈桑? (2)在高純水中一邊緩慢滴加TiC14一邊攪拌； (3)將步驟(I)中洗凈的導(dǎo)電玻璃基底以導(dǎo)電面朝上的方式浸漬于步驟(2)制得的溶液中，70°C水浴加熱Ih ； (4)將步驟(3)中處理過(guò)的導(dǎo)電玻璃基底依次用無(wú)水乙醇、去離子水沖洗，干燥、煅燒后備用; (5)在冰醋酸中加入的硝酸銀，攪拌至硝酸銀均勻分散在冰醋酸體系中后加入鈦酸四正丁酯(98%)，繼續(xù)攪拌至體系均勻，制得反應(yīng)溶液； (6)將步驟(4)得到的基底浸漬于步驟(5)所得溶液中，150~200°C反應(yīng)12~24h，清洗，干燥后得到薄片狀二氧化鈦陣列薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制備薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(2)中高純水溫度為0~10°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制備薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(4)中干燥溫度為50~70 °C，干燥時(shí)間為l~3h ;煅燒溫度為450~500 V，煅燒時(shí)間為.30?60min.4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制備薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(5)中冰醋酸體積為30~40ml，硝酸銀重量為0.05-0.1g,鈦酸四正丁酯的體積為.1?L 5mL.5.根據(jù)權(quán)利要求1制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜，其特征在于，所述的二氧化鈦陣列薄膜具有介孔結(jié)構(gòu)的薄片組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜，其特征在于，薄片厚度為.10_20nm。7.根據(jù)權(quán)利要求1制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜，其特征在于，薄膜厚度約為.2.4 μ mD
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種薄片狀二氧化鈦陣列薄膜的制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用透明導(dǎo)電玻璃為基底，以鈦酸四正丁酯為前驅(qū)體、硝酸銀作為催化劑，利用簡(jiǎn)單的一步水熱法合成了有序的具有介孔的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜，其操作簡(jiǎn)單，成本低廉。所制得有序規(guī)則的薄片狀二氧化鈦垂直生長(zhǎng)在導(dǎo)電玻璃基底，有助于提高電荷傳輸性能；且該薄片狀二氧化鈦具有介孔結(jié)構(gòu)，有助于增大材料的比表面積。本發(fā)明制備的薄片狀二氧化鈦陣列薄膜可應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、光催化等領(lǐng)域。
【IPC分類】C01G23/053
【公開(kāi)號(hào)】CN105152206
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510405212
【發(fā)明人】李美成, 謝碧霞, 王恬悅, 張志榮, 岳曉鵬, 陳杰威
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日