[发明专利]一种在不锈钢表面一步生长二氧化钛纳米花薄膜的方法

说明书

本发明公开一种在不锈钢表面一步生长二氧化钛纳米花薄膜的方法。将清洗干燥后的不锈钢片浸没于添加了硝酸的双氧水溶液中，以海绵钛为钛源，在80～90℃下保温24～48小时，即可在不锈钢表面覆盖均匀的二氧化钛纳米花薄膜。本发明方法简便、成本低，所制备的纳米花状二氧化钛薄膜均匀覆盖不锈钢表面，结合牢固，可应用于自清洁、杀菌、光催化等领域。

技术领域

本发明公开一种在不锈钢表面一步生长TiO₂纳米花薄膜的技术，可在自清洁、杀菌、污水处理、大气治理等方面获得应用，属环保和新材料领域。

背景技术

TiO₂作为一种过渡金属氧化物，因为具有高的可见光透过率、良好的化学稳定性以及无毒、环境友好等特性，在光催化有机污染物降解、光解水制氢、染料敏化太阳能电池、灭菌、自清洁、气体传感等诸多领域都有巨大的应用。基于其应用的广泛性，在金属、玻璃、陶瓷等不同类型的材料表面生长具有特殊纳米结构及特殊物理化学特性的TiO₂薄膜具有重要意义。

不锈钢耐蚀性好，价格便宜，在日常生活和工业中应用广泛。在不锈钢表面引入TiO₂功能涂层，可赋予其额外的杀菌、自清洁等特性，拓展其应用领域。作为TiO₂载体，不锈钢具有显著的优势：耐腐蚀、耐高温、柔韧性好、价格低廉。CN1634653A公布了一种以不锈钢丝网为载体，采用溶胶凝胶技术制备纳米TiO₂薄膜的方法。该方法所制备的TiO₂为零维纳米颗粒，相对于一维、三维等纳米结构，表面积相对较小，作为光催化剂应用时，光子利用率低，活性位点有限，同时不利于光生载流子的有效分离。CN103290417A公布了一种不锈钢表面生长一维纳米管结构TiO₂薄膜的制备方法。该方法结合双层辉光离子渗金属和阳极氧化法等技术，工艺相对复杂，设备要求高。本课题组之前公布了一种在不锈钢丝网表面制备TiO₂纳米线阵列薄膜的方法(发明专利号ZL201310541801.4)，首先采用溶胶凝胶技术在不锈钢丝网表面制备TiO₂籽晶层，而后在籽晶层上生长TiO₂纳米线阵列，制备过程多步，且涉及成本较高的溶胶凝胶技术。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在不锈钢表面一步生长TiO₂纳米花薄膜的技术，方法简便，成本较低，工业化应用前景好。其主要步骤如下：

1)配置反应液

在质量百分比浓度为15～30％的双氧水中，添加0.14～0.28摩尔/升硝酸，得到反应液。

2)生长TiO₂纳米花结构薄膜

将清洗干燥后不锈钢片浸没于反应液中，并加入过量海绵钛作为钛源，在80～90℃下反应24～48小时，即可在不锈钢表面均匀覆盖纳米花状薄膜。

本发明在低温液相中在不锈钢表面一步生长纳米花薄膜。所得薄膜对反应时间、双氧水浓度等过程参数不敏感，简单易行，重复性好。与其他技术相比，本发明方法制备技术工艺简单，无需对不锈钢进行预处理、无需昂贵试剂或复杂设备、无需高温高压等苛刻条件，反应条件温和，可控性好，适合于大面积生产，且制备的纳米花属于三维纳米结构，与零维的纳米颗粒、一维的纳米管与纳米线等纳米结构相比具有更高的表面积，有利于光催化效率的提高，可望在环境保护、灭菌等领域获得实际应用。

附图说明

图1为实施例1制备的表面覆盖TiO₂纳米花薄膜的不锈钢片的低倍场发射扫描电子显微镜照片；

图2为实施例1制备的表面覆盖TiO₂纳米花薄膜的不锈钢片的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图3为实施例1制备的表面覆盖TiO₂纳米花薄膜的不锈钢片的X射线衍射谱；