[发明专利]一种二氧化钛单晶材料及其生长方法

说明书

本申请公开了一种二氧化钛单晶材料，所述二氧化钛单晶材料为锐钛矿型二氧化钛单晶材料；所述二氧化钛单晶材料的尺寸为0.1cm～30cm。以及一种大尺寸锐钛矿型二氧化钛单晶的生长方法。所述二氧化钛单晶材料的致密性好，结晶程度高。该晶体材料的生长方法操作简单、重复性好、价格低廉、可规模化生产。这种锐钛矿型二氧化钛单晶作为最重要的半导体之一，其优异的光电特性及自身稳定、低毒等优点，使其在光催化、染料敏化太阳能电池、光致变色器件和气体感测等领域具有广泛应用。

技术领域

本申请涉及一种大尺寸锐钛矿型二氧化钛单晶及其生长方法，属于无机材料领域。

背景技术

二氧化钛是一种化学稳定、低毒、廉价、来源广泛的典型半导体材料，被广泛应用于光催化、染料敏化太阳能电池、光致变色器件和气体感测等领域。作为光催化材料，二氧化钛是目前唯一进入实用化阶段的光催化材料。二氧化钛具有多种晶型，常见的晶型有四种，分别为锐钛矿相二氧化钛(Anatase TiO₂,四方晶系)、金红石相二氧化钛(Rutile TiO₂，四方晶系)、板钛矿相二氧化钛(Brookite TiO₂，正交晶系)以及二氧化钛(B)相(单斜晶系)。在这些晶相中，金红石相二氧化钛为热力学稳定晶相，其他晶型均会在一定温度下转化为金红石相，且相转变为不可逆过程。但是，金红石相二氧化钛的光催化效果很差，而锐钛矿相二氧化钛相较其他晶型的二氧化钛，具有更好光催化性能。

目前，锐钛矿型二氧化钛材料已经研究非常广泛，但锐钛矿型二氧化钛催化剂和支撑电极主要是基于无定型或者多晶的二氧化钛纳米粒子，根本缺点是晶界众多，导致材料的电子迁移率相比单晶急剧下降，最终限制催化剂性能。此外，锐钛矿型二氧化钛纳米材料表面的终止原子不确定，严重限制了催化机理的深入研究。而大尺寸锐钛矿型二氧化钛单晶的生长一直是具有挑战性的难题。

因此，有必要提供一种生长大尺寸锐钛矿型二氧化钛单晶的方法，来为光催化领域和光电化学领域提供优质的大尺寸的锐钛矿型二氧化钛单晶材料。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种锐钛矿型二氧化钛单晶材料，所述锐钛矿型二氧化钛单晶具有大的尺寸，本申请的目的在于解决大尺寸锐钛矿型二氧化钛的生长难题及二氧化钛纳米粒子不利于规模化生产和应用等问题。

本申请涉及一种大尺寸锐钛矿型二氧化钛单晶材料的生长方法，该方法主要是以磷酸钛氧钾单晶(KTiOPO₄，以下简称KTP)或者钛酸锌(Zn₂TiO₄，以下简称ZTO)单晶或者钛酸锶(SrTiO₄，以下简称STO)等含钛单晶为衬底，通过分解反应，生长锐钛矿型二氧化钛单晶材料。制备锐钛矿型二氧化钛单晶的方法：将KTP单晶或者ZTO单晶或者STO单晶等含钛衬底置于高温含不同组分的气氛中，通过一定速率的升温加热结晶生成二氧化钛单晶。与现有技术相比，本申请中所述的锐钛矿型二氧化钛单晶材料中尺寸为0.5cm～5cm，且制得的锐钛矿型二氧化钛单晶薄膜及体块的致密性好，结合牢固。此外，所述晶体材料的制备方法操作简单、重复性好、价格低廉可规模化生产。

所述二氧化钛单晶材料，其特征在于，所述二氧化钛单晶材料为锐钛矿型二氧化钛单晶材料；所述二氧化钛单晶材料的尺寸为0.1cm～30cm。

可选地，所述二氧化钛单晶材料的尺寸为0.5cm～5cm。

可选地，所述二氧化钛单晶材料为锐钛矿型二氧化钛单晶薄膜和/或锐钛矿型二氧化钛单晶晶体。

可选地，所述锐钛矿型二氧化钛单晶薄膜的厚度为10nm～500μm。

可选地，所述锐钛矿型二氧化钛单晶薄膜的厚度为10nm～50μm。

可选地，所述锐钛矿型二氧化钛单晶晶体的尺寸为0.1cm～30cm。