[发明专利]一种制备单层二氧化钛多孔阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种制备单层二氧化钛多孔阵列的方法。

背景技术

在众多的半导体氧化物催化材料中，TiO₂半导体材料因其化学性质稳定、耐光腐蚀，加之无毒，成本低，一直受到世界各国科学家的竞相研究和产业界的广泛关注，成为化学化工、材料和环境科学等领域的研究热点。

最近几年，关于将TiO₂运用到自清洁玻璃的生产与研究引起了国内外的广泛关注。目前在产业界主流的制备自清洁玻璃的方法为通过磁控溅射法或提拉法等方法在玻璃表面涂上一层致密的TiO₂薄膜，但是这些方法制备出的TiO₂薄膜存在光催化效率低，制备成本偏高等缺陷。

而相比较致密的TiO₂薄膜而言，TiO₂多孔阵列具有更高的光催化效率。聚苯乙烯胶体球(以下简称“PS球”)模板法是一种合成单层TiO₂多孔阵列的主要方法。使用PS球模板法的关键步骤是通过浮膜法(Applied Materials and Interfaces，Vol 2，NO.1，186-192，2010)在玻璃片上制备紧密排列的PS球单层膜，之后将TiO₂的溶胶(或者前驱体)均匀的渗入到致密排列的PS球单层膜中，目前完成这一关键步骤的主要方法有原子层沉积(Nano Lett.2004，Vol.4，No.11，2223-2226)，射频溅射(Adv.Mater.2008，20，1059-1064)等。这些方法的缺点在于制备过程复杂，而且成本偏高，不利于大规模生产。

综上所述，现有的制备单层TiO₂多孔阵列的方法因为其制备过程复杂且成本高等缺点，难以在自清洁玻璃等领域进行有效的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的制备单层二氧化钛多孔阵列的方法。

本发明提供的制备单层TiO₂多孔阵列的方法，包括以下步骤：

(1)在玻璃片上制备单层聚苯乙烯胶体球膜；

(2)在单层聚苯乙烯胶体球膜的间隙中制备TiO₂；

(3)将步骤(2)处理后的有单层聚苯乙烯胶体球膜的玻璃片高温煅烧，得到在玻璃片表面的单层TiO₂多孔阵列。

进一步的，步骤(2)包括以下子步骤：

(2.1)将单层聚苯乙烯胶体球膜夹在两玻璃片之间；

(2.2)取钛酸丁酯滴在两玻璃片的接缝处，使聚苯乙烯胶体球膜的间隙中均匀渗入钛酸丁酯；

(2.3)使两玻璃片之间的钛酸丁酯与水蒸气充分反应，生成TiO₂。

进一步的，步骤(1)中通过采用浮膜法在玻璃片上制备单层聚苯乙烯胶体球膜。

进一步的，步骤(3)中所述的单层TiO₂多孔阵列为锐钛矿相或金红石相。所述的高温煅烧是指在300℃-900℃下煅烧2-6小时。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明所述的方法采用自创的夹片法仅需两片玻璃片和一个滴管即可完成主要制备过程，制备工艺简单，设备要求低，成本低，使得该方法更容易推广到大规模的生产中。

2.本发明所述的TiO₂多孔阵列增大了材料的比表面积，使TiO₂与有机污染物分子接触面积变大，从而加快了其光催化分解速率，采用本发明所述的方法制备的玻璃将比目前主流的致密薄膜式的玻璃具有更好的光降解有机污染物的功能。

附图说明

图1为10000倍放大条件下单层PS球膜的扫描电子显微镜图；

图2为40000倍放大条件下单层TiO₂多孔阵列的扫描电子显微镜图；

图3为140000倍放大条件下单层TiO₂多孔阵列的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

本发明首先通过传统的浮膜法在玻璃片上制备紧密排列的单层PS球膜(所使用的PS球可以通过购买或自行制备两种途径获得)；然后采用简单的夹片法，将TiO₂的前驱体钛酸丁酯均匀的渗入到PS球膜的间隙之中；待钛酸丁酯与水蒸气充分反应后，将玻璃片放入马弗炉中高温煅烧若干小时，以除掉PS球同时生成锐钛矿相或金红石相的单层TiO₂多孔阵列。

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：