[发明专利]一种在（001）晶面择优取向生长的金红石相二氧化钛纳米线阵列的方法

权利要求书

1.一种在（001）晶面择优取向生长的金红石相二氧化钛纳米线阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制备Cr掺杂二氧化钛薄膜作为籽晶层；所述Cr掺杂二氧化钛薄膜是通过溶胶-凝胶方法制备得到的；

所述溶胶-凝胶方法包括以下步骤：

a）配制钛酸四丁酯前驱体溶液，所述钛酸四丁酯前驱体溶液以浓度为0.1~0.6mol/L的钛酸四丁酯为溶质，以乙酰丙酮、乙二醇甲醚和丙酮的混合液为溶剂；

b）将铬盐溶解于步骤a）得到的钛酸四丁酯前驱体溶液中，得到掺杂Cr离子的混合溶液，所述铬盐与所述钛酸四丁酯前驱体溶液中的钛酸四丁酯的摩尔比为0.01~0.02；

c）将步骤b）制得的掺杂Cr离子的混合溶液50~80℃恒温搅拌，制备得到溶胶；

d）将步骤c）制得的溶胶沉积到基片上，将沉积有溶胶的基片经200~275℃干燥、450~500℃退火0.5~2h，得到Cr掺杂二氧化钛薄膜作为籽晶层；

2）将步骤1）制得的Cr掺杂二氧化钛薄膜籽晶层置于生长液中，经80~180℃水热生长1~3h，得到所述择优取向生长的金红石相二氧化钛纳米线阵列，通过调控Cr离子的浓度来控制纳米线的形貌；其中，所述生长液是将钛酸四丁酯溶于甲苯和盐酸中制成的，所述钛酸四丁酯的浓度为0.02~0.04mol/L，所述甲苯和所述盐酸的体积比为(1~2):(1~2)，所述盐酸的质量浓度为36.5~38%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙酰丙酮、所述乙二醇甲醚和所述丙酮的体积比为(1~2):(1~2):(0.5~1)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b）中，所述铬盐为氯化铬。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c）的具体过程为，将步骤b）制得的掺杂Cr离子的混合溶液密封后放入恒温水浴锅中，恒温50~80℃磁力搅拌，得到透明均匀的溶胶。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d）中，所述溶胶是通过旋转涂层工艺沉积到所述基片上的。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋转涂层工艺的转速为2000~3000r/min。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基片为FTO基片。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述水热生长是在水热反应釜中进行的。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）制备Cr掺杂二氧化钛薄膜作为籽晶层：

a）以钛酸四丁酯为溶质，以乙酰丙酮、乙二醇甲醚和丙酮的混合液为溶剂，配制钛酸四丁酯的浓度为0.1~0.6mol/L的前驱体溶液；其中，所述乙酰丙酮、所述乙二醇甲醚和所述丙酮的体积比为(1~2):(1~2):(0.5~1)；

b）将铬盐溶解于步骤a）得到的钛酸四丁酯前驱体溶液中，得到掺杂Cr离子的混合溶液，其中，所述铬盐与所述钛酸四丁酯前驱体溶液中的钛酸四丁酯的摩尔比为0.01~0.02；

c）将步骤b）制得的掺杂Cr离子的混合溶液密封后放入恒温水浴锅中，恒温50~80℃磁力搅拌，得到透明均匀的溶胶；

d）利用旋转涂层工艺在转速为2000~3000r/min的条件下将步骤c）制得的溶胶沉积到清洗干净的FTO玻璃片上，将沉积有溶胶的基片放入200~275℃干燥箱中烘烤，再放入退火炉中，450~500℃退火0.5~2h，得到Cr掺杂二氧化钛薄膜作为籽晶层；

2）将钛酸四丁酯溶于甲苯和盐酸中制成生长液，其中，所述钛酸四丁酯的浓度为0.02~0.04mol/L，所述甲苯和所述盐酸的体积比为(1~2):(1~2)；将步骤1）制得的Cr掺杂二氧化钛薄膜籽晶层置于含有所述生长液的水热反应釜中，将反应釜密封后80~180℃温度下水热生长1~3h，制备得到所述择优取向生长的金红石相二氧化钛纳米线阵列，通过调控Cr离子的浓度来控制纳米线的形貌。