[发明专利]一种介孔二氧化钛薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔二氧化钛薄膜的制备，具体地说，涉及一种在含HF的电解液中阳极氧化，然后经一定时间的热处理制备介孔二氧化钛薄膜的方法。

背景技术

二氧化钛，因其具有较高的光催化活性、良好的耐候性、耐腐蚀性，且无毒无害、成本低廉，在太阳能电池、光电催化处理水等领域有广泛的应用。介孔二氧化钛，由于具有更高的比表面积，有序的孔道结构，孔径尺寸可调，表面易于改性等优点，自1995年被成功制备出来之后，一直是人们研究的热点。

近年来，有关制备介孔二氧化钛的文献和专利越来越多。但绝大多数的文献以及所有的专利均是以模板法或溶胶凝胶法以及对这两种方法进行改良来制备介孔二氧化钛粉体。

电化学阳极氧化法最早被用于Al₂O₃多孔膜的制备，在研究氧化铝薄膜的形成机理、结构等方面取得了丰硕的成果。而阳极氧化法制备钛氧化物多孔膜的研究，最早是1999年，Zwilling等用钛和钛合金在添加有氢氟酸的铬酸溶液中获得了TiO₂多孔薄膜。但此后，阳极氧化法多被用来制备二氧化钛纳米管。有研究表明，在非含氟的酸性或中性电解液中，通过阳极氧化可在钛基体表面制得TiO₂多孔膜，其形貌特征主要取决于阳极氧化过程中微放电作用的本质，因此，电解液种类、电流密度和氧化电压是影响多孔膜形成的主要因素。用电化学阳极氧化法制备介孔二氧化钛薄膜的优点在于：条件易于控制，可以严格控制阳极氧化电压、电解液组成和电解时间；操作简单；再现性好；性能稳定，二氧化钛薄膜与基体结合力好。使用电化学阳极氧化法制得的介孔二氧化钛薄膜不仅能像介孔二氧化钛粉体一样用于光催化和太阳能电池，而且在电催化领域也具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便、性能稳定的介孔二氧化钛薄膜的制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的：将经酸处理的金属钛放入含HF的电解液中进行阳极氧化，随后经过热处理，即可在金属钛表面得到介孔二氧化钛薄膜。

本发明提出的一种制备介孔二氧化钛薄膜的方法，其具体步骤如下：

(1)金属钛的刻蚀处理：金属钛分别用洗洁精、乙醇、去离子水超声洗涤除去表面油污，然后用浓度为5～20wt％的草酸在40～150℃下恒温刻蚀0.5～10小时，或用由HF，H₂O，HNO₃组成的混酸溶液刻蚀0.5～2min，用去离子水冲洗干净，烘干备用。

(2)电化学阳极氧化：将处理好的金属钛放入由HF，其他酸或盐以及溶剂以体积比1∶X∶Y(其中，X为1～50，Y为2～150)组成的电解液中作为阳极，阴极材料不限，保持电极间距为0.5～10cm，以1～10V/min的加压速率缓慢升压到5～80V，阳极氧化5～100分钟。

(3)热处理：将阳极氧化好的金属钛放入马弗炉里，在300～900℃下热处理1～10h。

本发明以金属钛为基底，在含有HF的体系中，采用电化学阳极氧化法制得了介孔二氧化钛薄膜，通过控制溶液组分比，阳极氧化时间和氧化电压可以在金属钛表面得到不同厚度，不同孔径的的二氧化钛薄膜。所制得的二氧化钛薄膜具有显著的介孔结构，比表面积大，与金属钛基底结合牢固，不易脱落。

本发明工艺简单，操作方便，条件易于控制，制得的二氧化钛薄膜性质稳定，在光电催化，太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是实施例1制备的介孔二氧化钛薄膜的侧面扫描电子显微镜照片。

图2是实施例1制备的介孔二氧化钛薄膜的高分辨扫描电子显微镜照片。

图3是实施例1制备的介孔二氧化钛薄膜的XRD图谱。

图4是实施例2制备的电极的析氧电位曲线(电解液为1M的硫酸溶液，a为以钛片为基体制备的电极，b为以长有介孔二氧化钛薄膜的钛片为基体制备的电极)。

图5是实施例2制备的电极的强化寿命测试曲线(a为以钛片为基体制备的电极，b为以长有介孔二氧化钛薄膜的钛片为基体制备的电极)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明，其目的仅在于更好的理解本发明的内容，但本发明的保护范围不受所举之例的限制。

实施例1