[发明专利]一种超细TiO2纳米晶阵列及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超细TiO₂纳米晶阵列，尺寸为10‑50nm大小的TiO₂纳米晶垂直生长于FTO导电玻璃基体上构成的超细TiO₂纳米晶阵列；其制备方法为：通过水热反应于清洁的FTO导电玻璃基底上生长TiO₂纳米晶阵列，水热反应溶液为含有可溶性Ti盐的无机酸性水溶液，水热反应产物经煅烧获得TiO₂纳米晶阵列，最后利用碱性溶液的液相刻蚀获得超细TiO₂纳米晶阵列。本发明结合TiO₂纳米晶阵列的结构、性能特点，构造尺寸至于10‑50nm的超细TiO₂纳米晶阵列具有高比表面积，从降低光生电子‑空穴对复合几率和提高TiO₂纳米棒表面反应活性两个方面提高其光电化学活性和光电转化效率。

技术领域

本发明涉及纳米材料、光催化及光电转化技术领域，具体涉及一种超细TiO2纳米晶阵列及其制备方法。

背景技术

TiO₂纳米材料因其优秀的物理化学性能，使其广泛地应用于光催化降解有机物、光分解水以及燃料敏化太阳能电池等领域。其中TiO₂纳米晶阵列具有优异的光吸收性能、

较低的电子复合几率，使其比零维TiO₂纳米颗粒薄膜更适宜用于光电催化领域。但仍存在着一些问题严重制约了TiO₂纳米晶阵列的进一步应用。TiO₂纳米晶阵列比表面积较小，然而，比表面积的增加会有效地提高活性位点和有机物吸附能力，从而提高光降解效率。TiO₂纳米晶阵列的长度决定着TiO₂的比表面积，但TiO₂纳米晶阵列膜的长度若大于电子传输所需的长度，会增加电子与空穴复合几率，从而导致光催化制氢效率降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种超细TiO₂纳米晶阵列及其制备方法，以提高其光电催化性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种超细TiO₂纳米晶阵列，尺寸为10-50nm大小的TiO₂纳米晶垂直生长于FTO导电玻璃基体上构成的超细TiO₂纳米晶阵列。

一种超细TiO₂纳米晶阵列的制备方法，其特征在于：通过水热反应于清洁的FTO导电玻璃基底上生长TiO₂纳米晶阵列，水热反应溶液为含有可溶性Ti盐的无机酸性水溶液，水热反应产物经煅烧获得TiO₂纳米晶阵列，最后利用碱性溶液的液相刻蚀获得超细TiO₂纳米晶阵列。

优选地，一种超细TiO₂纳米晶阵列的制备方法，具体步骤如下：

(1)将FTO导电玻璃置于异丙醇、酒精、去离子水的混合溶液中超声清洗后烘干保存待用；

(2)将浓度为2-8mol/L的无机酸溶液缓慢加入去离子水，并利用磁力搅拌器混合均匀；然后利用移液枪加入浓度为0.01-0.10mol/L的钛源溶液，搅拌至混合均匀转入反应釜中，将步骤(1)清洗后的FTO导电玻璃浸入其中，密封后的反应釜经过高温处理后置于150-240℃的烘箱内保温50-400min，冷却后取出FTO导电玻璃，清洗得到生长于FTO导电玻璃的TiO₂纳米晶阵列；

(3)将生长于FTO玻璃的TiO₂纳米晶阵列置于马弗炉中于400-550℃煅烧60-150min；

(4)配置0.001-0.5mol/L的碱性溶液，将步骤(3)产物置入碱性溶液中刻蚀30-200min，清洗后，获得超细TiO₂纳米晶阵列。