[发明专利]金属钛表面氧化钛/氧化钨纳米复合物薄膜及制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属钛表面氧化钛/氧化钨纳米复合物薄膜及制备与应用，属于无机纳米材料领域。

背景技术

二氧化钛、三氧化钨等典型半导体金属氧化物，具有廉价易得、无毒无害、生物和化学性质稳定、抗光腐蚀等优点，成为研究和应用最为广泛的金属氧化物。二氧化钛纳米结构具有很强的光催化活性，当能量大于或等于价带和导带间的禁带能量的光子入射到半导体时，价带电子便会被激发并从价带跃迁到导带，形成光生电子-空穴对。具有强氧化能力的空穴可氧化水形成羟基自由基，能有效降解和去除各种持久性难降解有机污染物；而自由电子可以还原水产氢，或者形成光电流，因此二氧化钛在环境污染净化和太阳能的能源转化方面具有重要应用前景。然而二氧化钛的这种作用受限于光照条件，而且仅限于紫外光部分。基于对太阳能利用的需求，拓展光催化反应能力至暗条件下将具有重大的实际意义。

三氧化钨作为光致变色材料在节能环保方面已有广泛应用。钨离子和钛离子大小接近，可以进入二氧化钛晶格发生掺杂而使之产生可见光活性，因此钨改性二氧化钛成为一个研究方向。同时研究表明，三氧化钨能够接受并存储二氧化钛产生的光生电子，而在暗处条件下将这部分存储的电子释放，并可用于所有电子参与的化学过程，例如重金属还原、水分解、金属的防腐等。因此二氧化钛/三氧化钨复合结构受到广泛关注，而制备氧化钛/氧化钨纳米复合物的薄膜电极是进行电子储存应用的关键。

目前研究制备二氧化钛/三氧化钨纳米复合物薄膜多是采用相应纳米氧化物的粉末先行混合，然后采用各种方法在导电玻璃上进行涂膜处理；或者采用钛和钨的前驱物分别成膜；其中成膜方法包括溶胶-凝胶法、电化学沉积、磁控溅射等方法。例如文献《电化学社会》杂志2007,157,D309-D315上发表的“脉冲电沉积法在不锈钢基底制备的TiO₂/WO₃涂层的形貌、结构和光电催化活性”(E.Valova,J.Georgieva,S.Armyanov,S.Sotiropoulos,A.Hubin,K.Baert,M.Raes,Morphology,structure and photoelectrocatalytic activity of TiO₂/WO₃coatings obtained by pulsed electrodeposition onto stainless steel,J.Electrochem.Soc.)，其中报道的方法是分别以钨和钛的前驱物为原料采用脉冲电沉积法制备TiO₂和WO₃膜层，方法不易放大，TiO₂和WO₃是层层组装，二者接触的界面面积较小。文献《应用催化B环境》杂志2012，115，74-80上发表的“光照充电放电的TiO₂和WO₃异质电极”(H.Park,A.Bak,T.H.Jeon,S.Kim,W.Choi,Photo-chargeable and dischargeable TiO₂and WO₃heterojunction electrodes,Appl.Catal.B-Environ.)中报道的制备方法是采用TiO₂和WO₃混合的纳米粒子配成溶胶，通过刮刀法在FTO上成膜获得电极。这种手工方法难以放大、膜层与基体结合力差且TiO₂和WO₃之间的界面阻力较大。因此可以看出当前采用的一些制备氧化钛、氧化钨复合物薄膜电极的方法，均存在工艺复杂、条件苛刻、难以放大、膜层与基体结合力差等不足。因此研发简便可行、便于放大的、制备结合良好的高活性二氧化钛/三氧化钨复合纳米薄膜电极的方法成为一个技术难点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种金属钛表面氧化钛/氧化钨纳米复合物薄膜及制备与应用，所获得的薄膜具有良好的催化活性、导电性以及电子储存能力。

本发明的目的之一是提供金属钛表面氧化钛/氧化钨纳米复合物薄膜的制备方法：

一种金属钛表面氧化钛/氧化钨纳米复合物薄膜的制备方法，将金属钛清洁并刻蚀，之后金属钛浸渍于过氧钨酸溶胶和双氧水的氧化液中，在一定温度下保持一段时间，得到晶体原位生长和沉积形成的钛酸和过氧钨酸的纳米薄膜，最后焙烧获得金属钛表面的氧化钛/氧化钨纳米复合物薄膜。制备方法具体包括以下步骤：