[发明专利]一种多孔TiO2薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种大比表面积多孔TiO₂薄膜的制备方法。

背景技术

自工业革命以来，化石燃料的消耗带来CO₂作为主要成分的温室气体的大量排放，对地球的气候和人类的生存环境产生了巨大的影响。因此，对CO₂还原的研究成为一个热点。目前，CO₂还原主要是利用太阳光在催化剂的作用下将CO₂和水转换为有用的烃类燃料。在现有的半导体光催化材料中，因TiO₂具有无毒、廉价、高效和稳定性的特点而被认为最具潜力的光催化材料之一，因而在国内外得到广泛的研究。

所谓光催化反应，是指在光照射下半导体纳米光催化剂，自身不起反应但利用自身特殊的电子能带结构，将光能转化为化学能继而进行光催化反应。它是光反应和催化反应的结合。TiO₂作为一种光催化剂，可以实现CO₂光催化还原为CH₄等清洁能源，对于解决日益严重的环境问题具有重要意义；并且充分利用太阳光这种取之不尽的清洁能源，实现能源消费与生产的绿色循环获得替代传统能源的新能源。

常用光催化剂TiO₂晶型为锐钛矿，其禁带宽度3.2 eV，仅能利用太阳光中波长小于380 nm的紫外光；同时光生电子-空穴对复合速率高而导致量子效率低（不到4%），很难应用于处理数量大、浓度高的工业废气、废水等污染物；以及粉末状TiO₂具有易凝结、易扩散、吸收率差、比表面积小、难回收的缺点导致TiO₂的应用受到很大的限制。

目前，在既保持较高的光催化活性又满足特定的理化性能要求的条件下将TiO₂均匀地、牢固地负载于合适载体上是一个迫切需要解决的问题。公开号为CN1010085920A公开了一种二维片状TiO₂纳米材料的制备方法，它是利用化学液相剥离法将Al原子层去除后制备层状特性依然保留的二维Ti₃C₂纳米片；然后将Ti₃C₂置于管式炉中，抽真空后通入流动氧气和氩气的混合气体，在高温下实现二维Ti₃C₂纳米片的原位氧化，然后降温取出粉末，研磨后得到TiO₂纳米片。该方法虽然具备较大比表面积但是粉体结构在实际应用中难于回收。

发明内容

针对以上问题，本发明的提供的原位生长出的多孔TiO₂薄膜可以高效利用太阳能光催化还原CO₂为CH₄并且可以循环使用。

本发明中的多孔TiO₂薄膜，其网格结构构成不规则孔洞，孔洞间的连接丝的平均尺寸为网格直径。

进一步说，TiO₂含锐钛矿相。

进一步说，所述的薄膜可形成网格状多孔结构。

进一步说，所述的孔洞的生长方向与TiO₂薄膜的厚度方向一致。

进一步说，120℃处理得到的薄膜的比表面积为200 m²/g。

制备上述多孔TiO₂薄膜的方法，包括以下步骤：

（1）、将工业钛片用金相砂纸打磨至光滑无痕，然后用丙酮、异丙醇和去离子水的混合溶液超声清洗60 min，除去表面的油污，再用去离子水超声清洗30 min后吹干待用。

（2）、将以上所述钛片，在氢氟酸、硝酸和去离子水混合溶液中化学抛光处理30s，再用去离子水超声清洗30 min后吹干待用。

（3）、将经过步骤（1）和（2）处理的钛片至于30wt%的双氧水溶液中，在100～160℃下烘箱加热处理15～180 min，得到多孔TiO₂薄膜。

进一步说，步骤（1）中，采用600^#和2000^#的金相砂纸。

进一步说，步骤（1）中，丙酮、异丙醇和去离子水的混合溶液体积比为1:1:1。

进一步说，步骤（2）中，氢氟酸、硝酸和去离子水体积比为1：4：5。

进一步说，步骤（3）中，钛片要面向上平置于反应容器中。

本发明的有益效果：