[发明专利]一种二氧化钛光催化薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种二氧化钛光催化薄膜及其制备方法。

背景技术

二氧化钛是目前最具应用潜力的宽禁带半导体材料之一，尤其是光激发产生电子-空穴对的能力被广泛应用于光催化领域。

钛箔或钛合金等块状钛金属上阳极氧化是目前采用最广泛的用来制备二氧化钛的方法。美国的Craig A.Grimes教授课题组发表了一系列在钛箔上阳极氧化制备二氧化钛纳米管的文章。通过阳极氧化制备的二氧化钛纳米管的光催化活性比平板二氧化钛膜的光催化性能增强3倍左右，阳极氧化是显著提高二氧化钛光催化性能的制备方法。

传统的方法是在钛箔或钛合金上制备二氧化钛，这样对于钛的消耗很大，钛合金不易加工，而且不适用于其它基片，限制了纳米二氧化钛的应用。在钛箔或钛合金上阳极氧化的二氧化钛底部存在0.1～1mm的不透明钛金属，限制了二氧化钛在透明光学领域的应用。如中国发明专利申请CN01112896.8中公开了一种具有纳米晶结构的二氧化钛光催化薄膜的制备方法，是用工业纯钛板或钛箔置于电介质溶液中作为电解池的一个电极，用另一个钛板作对电极，进行电化学氧化处理即获得生长在钛基材上的非晶态二氧化钛薄膜，然后进行加热晶化处理，获得纳米晶结构的二氧化钛光催化薄膜。

磁控溅射可以在不同的基底上沉积钛膜，具有灵活性。通过阳极氧化钛膜来制备透明的二氧化钛薄膜具有重要的意义。中国发明专利ZL200810123914.1中公布了一种在H₃PO₄/HF体系中，阳极氧化高密度钛膜制备透明二氧化钛纳米管的方法，但没有说明光催化性能；其制备的方法包括：首先采用磁控溅射的方法在基片上沉积纯钛薄膜，溅射参数：溅射功率105-150W，工作压强0.1-0.5PA，基片不加热，溅射时间为0.5-2H；然后在室温条件下阳极氧化钛膜得到规整排列的TIO₂纳米管阵列，阳极氧化参数为：钛膜试样为阳极，铂片作为阴极，两极间的距离为10-50cm，电解液中物质质量比为H₃PO₄∶HF∶H₂O=10∶0.5-1∶100，恒定电压为10-20V；该电极可广泛应用于透明光学器件（如染料敏化太阳能电池,电致变色器件等）及气体传感器，也适合于微型化器件的组装和柔性电极的制备。美国专利US 20050103639A1中公布了一种在KOH或NaOH体系中，阳极氧化钛膜制备锐钛矿的纳米网络（nano-network）的二氧化钛，具有光催化性能，但没有表明透明的光学性能。中国发明专利申请CN201210094222.5一种介孔二氧化钛薄膜的制备方法，以金属钛为基底，在含有HF的电解液中阳极氧化，然后经过热处理在金属钛表面制得了孔径可控，尺寸均一的介孔二氧化钛薄膜；该介孔二氧化钛薄膜具有优良的电催化性能，但没有表明透明的光学性能；主要是因为其是基于金属钛阳极氧化制备的二氧化钛薄膜，制备的二氧化钛薄膜底部存在一层一定厚度的不透明钛金属，因此不具备透明的光学性能。

通过对文献进行进一步检索和分析，至今还没有发现阳极氧化钛膜制备介孔结构的二氧化钛，并且兼具90%以上的高透光率和光催化反应速率常数|k|为1.47～1.43h^-1的光催化性能的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供了一种高透光性和光催化性的二氧化钛光催化薄膜。

本发明还提供了一种二氧化钛光催化薄膜的制备方法，该方法能使二氧化钛兼具高透光性和高光催化反应速率常数的特点，满足自清洁玻璃、空气和废水净化等光催化领域的需求。

一种二氧化钛光催化薄膜，具有海绵状的多孔结构，其中，孔沿生长方向的长度为200nm～800nm，沿垂直于生长方向的最大宽度为10nm～300nm；优选，孔沿垂直于生长方向的最大宽度为30nm～100nm，进一步优选为30nm～50nm。

为了进一步提高二氧化钛光催化薄膜的透光性和光催化性，优选：

所述的二氧化钛光催化薄膜中的二氧化钛优选为锐钛矿结构。

所述的孔优选为圆孔，沿垂直于生长方向的最大宽度为孔的孔径。

所述的孔的生长方向与二氧化钛光催化薄膜的厚度方向基本一致。

所述的一种二氧化钛光催化薄膜的制备方法，包括以下步骤：