[发明专利]一种薄片状二氧化钛阵列薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化钛材料领域，特别涉及一种薄片状二氧化钛阵列薄膜的制备方法。该材料具有有序的超薄片层状阵列结构，且该薄片状二氧化钛具有介孔结构，有助于提高电荷传输性能，增大比表面积，可应用在染料敏化太阳能电池，钙钛矿太阳能电池以及光催化技术等领域。

背景技术

二氧化钛纳米结构有序阵列薄膜，包括纳米棒、纳米管、纳米线等形貌的有序阵列，因其具有直接的电子传输通道、较高的机械强度，在太阳能电池、光催化、锂电池及自洁净材料等领域具有广泛的应用前景。与传统的纳米颗粒组成的致密薄膜相比，光生载流子沿二氧化钛纳米结构有序阵列薄膜的轴向方向进行传输，能有效减少颗粒堆积界面造成的空穴与电子复合的几率，从而增强电荷传输性能。制备二氧化钛的纳米结构的常用方法主要有水热合成法、表面活性剂辅助溶胶—凝胶法、钛基底阳极氧化法及模板法等，其中水热合成法具有工艺简单、条件控制简易、成本低且不需要模板，直接生长在透明导电玻璃上等优点。我们通过利用透明导电玻璃作为反应的载体，钛酸四正丁酯水解后的产物在导电玻璃表面进行有序的生长。使用这种简单水热方法一步获得一种新型的薄片状二氧化钛纳米阵列薄膜。对比现有报道的纳米棒、纳米管、纳米线阵列等二氧化钛纳米结构有序阵列薄膜，这种方法获得的二氧化钛纳米薄片状阵列薄膜不仅具有高序列、定向生长的优点，且疏松的具有介孔的薄片结构更有利于获得大的比表面积。

发明内容

本发明的目的是提出一种薄片状二氧化钛阵列薄膜的制备方法，本方法利用导电玻璃基底作为反应基底，使用简单的水热法一步制备出薄片状二氧化钛阵列薄膜。具体的制备方法如下：

（1）将导电玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，用氮气吹干；

（2）在高纯水中一边缓慢滴加TiCl₄一边搅拌；

（3）将步骤（1）中洗净的导电玻璃基底以导电面朝上的方式浸渍于步骤（2）制得的溶液中，70℃水浴加热1h；

（4）将步骤（3）中处理过的导电玻璃基底依次用无水乙醇、去离子水冲洗，干燥、煅烧后备用；

（5）在冰醋酸中加入的硝酸银，搅拌至硝酸银均匀分散在冰醋酸体系中后加入钛酸四正丁酯（98%），继续搅拌至体系均匀，制得反应溶液；

（6）将步骤（4）得到的基底垂直浸渍于（5）所得溶液中，150~200℃反应12~24h，清洗，干燥后得到薄片状二氧化钛阵列薄膜。

所述步骤（2）中高纯水温度为0~10℃；

所述步骤（4）中干燥温度为50~70℃，干燥时间为1~3h；煅烧温度为450~500℃，煅烧时间为30~60min；

所述步骤（5）中冰醋酸体积为30~40ml，硝酸银重量为0.05~0.1g，钛酸四正丁酯的体积为1~1.5ml；

本发明的有益效果为：

1. 本发明以常见的钛酸四正丁酯为钛源，利用水热法直接在导电玻璃基底上一步生长薄片状阵列，操作简单、成本低廉、工艺重复性高、材料无毒、环境友好。

2.本发明制备的薄片状二氧化钛为有序阵列结构，有利于提高电荷传输性能。

3.本发明制备的薄片状二氧化钛具有介孔结构，有助于增大比表面积。

附图说明：

图1是本发明实例1中制备的薄片状二氧化钛阵列薄膜表面的低倍扫描电镜图。

图2是本发明实例1中制备的薄片状二氧化钛阵列薄膜表面的高倍扫描电镜图。

图3是本发明实例1中制备的薄片状二氧化钛阵列薄膜截面的扫描电镜图。

图4是本发明实例1中制备的薄片状二氧化钛阵列薄膜的透射电镜图。

具体实施方式

本发明提出的一种制备薄片状二氧化钛阵列薄膜的方法可通过如下的方法实施，具体的制备方法包括如下步骤：

实施例1

（1）将导电玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，用氮气吹干；

（2）在0℃高纯水中一边缓慢滴加TiCl₄一边搅拌；

（3）将步骤（1）中洗净的导电玻璃基底以导电面朝上的方式浸渍于（2）制得的溶液中，70℃水浴加热1h；

（4）将步骤（3）中处理过的导电玻璃基底依次用无水乙醇、去离子水冲洗，50℃干燥3h、450℃煅烧60min后备用；

（5）在40ml冰醋酸中加入的0.1g硝酸银，搅拌至硝酸银均匀分散在冰醋酸体系中继续加入1ml钛酸四正丁酯（98%），继续搅拌至体系均匀，制得反应溶液；