一種制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法，采用的是非水熱沉積法，其步驟為：將酸洗后金屬鈦板浸沒于添加有三聚氰胺和鎢酸的雙氧水反應液中，在60~90oC下反應6~60小時，反應后的鈦板用去離子水沖洗，干燥，在450oC保溫1小時。本發(fā)明無需高溫高壓的水熱環(huán)境，制備路線簡便易行，成本低，制備的銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜均勻、結(jié)晶良好、與基體結(jié)合牢固，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，可望在光催化、光電催化和薄膜太陽能電池光電極等領域得到實際應用。
【專利說明】一種制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦納米帶陣列薄膜的制備方法，具體涉及一種銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的非水熱沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦薄膜在光催化、光電催化、太陽能電池、電致變色、氣體傳感器等領域有著廣泛的應用。研究表明，二氧化鈦的形貌對于其性能有著重要影響，因此，制備特殊形貌的二氧化鈦納米材料的研究受到廣泛重視。迄今，已經(jīng)制備出的形貌有納米管、納米線、納米棒、納米片、納米花、空心微球等,而對納米帶的研究相對較少。納米帶是具有較大長寬比的片狀結(jié)構(gòu)，其尺寸特征介于一維納米線與二維納米片之間，兼顧了一維納米線結(jié)構(gòu)具有的電子快速傳輸特性和二維納米片大比表面積的優(yōu)勢，極具應用前景。
[0003]目前主要采用堿熱技術(shù)制備納米帶結(jié)構(gòu)二氧化鈦，在高溫(150^250 0C)高壓的水熱反應釜中，將鈦金屬或二氧化鈦納米顆粒與高濃度(5~10摩爾/升)氫氧化鈉溶液反應獲得鈦酸鈉納米帶，而后進行多次酸洗(質(zhì)子交換)獲得氫鈦酸，最后熱處理轉(zhuǎn)換成二氧化鈦納米帶。該方法需要高溫高壓環(huán)境，能耗大，環(huán)境友好性差，存在較大安全隱患，產(chǎn)業(yè)化成本較高。發(fā)明專利CN101306839A公開了一種利用靜電紡絲法制備二氧化鈦納米帶的方法，但是該方法使用 的鈦源為鈦醇鹽，易水解；需要引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物作為高分子模板；同時對設備要求較高。迄今，還沒有一種簡單的、無需模板的制備二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種過程簡單、無模板、低成本的制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法。
[0006]本發(fā)明的制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法，采用的是非水熱沉積法，其具體步驟如下:
1)將質(zhì)量百分比濃度為50~55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65~68%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6混合，得酸洗液；
2)在質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和
0.0or0.04摩爾/升的鎢酸，得反應液。
[0007]3)將表面酸洗后的金屬鈦板浸沒于步驟2)的反應液中，在60-90下反應6飛O小時；
4)反應后的鈦板用去離子水清洗,干燥后,在450 °C熱處理I小時。
[0008]本發(fā)明通過改變鎢酸的添加量，可以同步調(diào)控反應體系的pH值和晶體的生長維度，實現(xiàn)非水熱環(huán)境下二氧化鈦納米帶陣列薄膜的沉積。
[0009]制備過程中，熱處理前的納米帶陣列薄膜為氫鈦酸，經(jīng)過熱處理得到晶體結(jié)構(gòu)為銳鈦礦的二氧化鈦納米帶結(jié)構(gòu)。銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列平均長度為200~380納米，平均寬度為35飛O納米，長寬比大約為5~7，厚度約為10納米。
[0010]本發(fā)明方法可大面積制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜，無需模板，過程簡單，重復性好，成本低，對設備要求低，所得薄膜均勻、結(jié)晶良好、與基底結(jié)合牢固。在光催化、光電催化、薄膜太陽能電池、氣體傳感器、生物材料等眾多領域有著廣泛的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為實施例1制備的覆蓋在鈦片表面的二氧化鈦納米帶薄膜的高倍場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片；
圖2為實施例1制備的表面覆蓋二氧化鈦納米帶陣列薄膜的鈦片的X射線衍射圖，X射線衍射圖中，A:銳欽礦，R:金紅石，T1:欽；
圖3為實施例2制備的覆蓋在鈦片表面的二氧化鈦納米帶薄膜的高倍場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片；
圖4為實施例3制備的覆蓋在鈦片表面的二氧化鈦納米帶薄膜的高倍場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片； 圖5為實施例4制備的覆蓋在鈦片表面的二氧化鈦納米帶薄膜的高倍場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片；
圖6為實施例5制備的覆蓋在鈦片表面的二氧化鈦納米帶薄膜的高倍場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合實施例進一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于下述實施例。
[0014]實施例1
1)將質(zhì)量百分比濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6的比例混合，得酸洗液；
2)在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和0.04摩爾/升的鎢酸，得反應液；
3)將尺寸為5X5X0.01(cm3)金屬鈦板表面用酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升的反應液中，在90 0C下反應60小時；
4)反應后的鈦板用去離子水清洗,干燥后,在450°C熱處理I小時。
[0015]反應結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖1所示的二氧化鈦納米帶薄膜，納米帶的平均寬度約為55納米，平均長度約為380納米，長寬比約為6，平均厚度約為15納米。圖2顯示納米帶陣列的晶體結(jié)構(gòu)主要為銳鈦礦相，含少量金紅石相，結(jié)晶良好。
[0016]實施例2
1)將質(zhì)量百分比濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6的比例混合，得酸洗液；
2)在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和0.004摩爾/升的鎢酸，得反應液；
3)將尺寸為5X5X0.01(cm3)金屬鈦板表面用酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升的反應液中，在60 0C下反應12小時；
4)反應后的鈦板用去離子水清洗,干燥后,在450°C熱處理I小時。
[0017]反應結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖3所示的二氧化鈦納米帶薄膜，納米帶的平均寬度約為35納米，平均長度約為200納米，長寬比約為6。
[0018]實施例3
1)將質(zhì)量百分比濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6的比例混合，得酸洗液；
2)在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和0.008摩爾/升的鎢酸，得反應液；
3)將尺寸為5X5X0.01(cm3)金屬鈦板表面用酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升的反應液中，在85°C下反應48小時；
4)反應后的鈦板用去離子水清洗,干燥后,在450°C熱處理I小時。
[0019]反應結(jié)果
鈦板表 面均勻生成如圖4所示的二氧化鈦納米帶薄膜，納米帶的平均直徑約為58納米，平均長度約為300納米，長寬比約為5。
[0020]實施例4
1)將質(zhì)量百分比濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6的比例混合，得酸洗液；
2)在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和0.008摩爾/升的鎢酸，得反應液；
3)將尺寸為5X5X0.01(cm3)金屬鈦板表面用酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升的反應液中，在85°C下反應60小時；
4)反應后的鈦板用去離子水清洗,干燥后,在450°C熱處理I小時。
[0021]反應結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖5所示的二氧化鈦納米帶薄膜，納米帶的平均寬度約為55納米，平均長度約為300納米，長寬比約為6，平均厚度約為10納米。
[0022]實施例5
1)將質(zhì)量百分比濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6的比例混合，得酸洗液；
2)在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和0.04摩爾/升的鎢酸，得反應液；
3)將尺寸為5X5X0.01(cm3)金屬鈦板表面用酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升的反應液中，在85°C下反應6小時；
4)反應后的鈦板用去離子水清洗,干燥后,在450°C熱處理I小時。
[0023]反應結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖6所示的二氧化鈦納米帶薄膜，納米帶的平均寬度約為35納米，平均長度約為330納米，長寬比約為10。
【權(quán)利要求】
1.一種制備銳鈦礦二氧化鈦納米帶陣列薄膜的方法，其特征在于采用的是非水熱沉積法，其具體步驟如下: 1)將質(zhì)量百分比濃度為50~55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65~68%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6混合，得酸洗液； 2)在質(zhì)量百分比濃度為30%的雙氧水溶液中添加0.0024摩爾/升的三聚氰胺和.0.0or0.04摩爾/升的鎢酸，得反應液； 3)將表面酸洗后的金屬鈦板浸沒于步驟2)的反應液中，在60-90下反應6飛O小時； 4)反應后的鈦板用去離 子水清洗,干燥后,在450°C熱處理I小時。
【文檔編號】B82Y30/00GK104032292SQ201410256351
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】賴璐璐, 吳進明 申請人:浙江大學