[发明专利]一种泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料及其制备方法，通过如下方法制备：首先将泡沫镍进行超声清洗并干燥；随后将清洗好的泡沫镍置于含有氯化钠、三氯化钛和尿素的水溶液中进行水热反应；反应完成后，将所得产物依次进行清洗、干燥得到前驱体，再将所得前驱体进行煅烧，即得。本发明制备方法具有工艺简单、低温、条件温和、原料低廉等优点，制备的材料提高了光吸收效率和电子传递效率，具有更大的比表面积，在光电催化，太阳能电池等领域有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，工业生产快速发展，人们生活日益富裕，但同时也出现了能源短缺和环境污染等问题，发展绿色清洁能源是时代可持续发展的需要。其中，二氧化钛在紫外光下有良好光响应，稳定无毒，可用于光催化析氢、光催化降解、太阳能电池等方面，在绿色能源发展上有举足轻重的地位。

发明内容

本发明旨在提供一种泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，实现在低浓度酸的情况下制备出二氧化钛纳米复合材料，从而降低原料成本、工艺危险性及后期废液处理难度。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将泡沫镍置于含有氯化钠、三氯化钛和尿素的水溶液中进行水热反应；

（2）反应完成后，将所得产物依次进行清洗、干燥得到前驱体，再将所得前驱体置于马弗炉中进行煅烧，即得泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料。

优选的，所述泡沫镍在使用前进行清洗并干燥。对泡沫镍进行清洗能够将表面的油污和氧化物去除，依次用丙酮、去离子水、1mol/L盐酸和无水乙醇进行处理。丙酮、去离子水、1mol/L盐酸、无水乙醇的量可以根据泡沫镍的尺寸大小做出调整。更优选的，将泡沫镍进行清洗处理是将泡沫镍依次浸入丙酮、去离子水、1mol/L盐酸、无水乙醇中，清洗方式优选超声清洗，超声有助于泡沫镍清洗的进行。更优选的，超声清洗处理温度为20～40℃，时间为10-20 min/次。

优选的，所述水热反应在密闭条件下进行，更优选水热反应温度为150～200℃，反应时间为5～20 h，此条件下的水热反应有助于二氧化钛纳米复合材料在泡沫镍基底的表面上原位生长。

优选的，步骤（1）中所述水溶液是按照每10～50 mL水中加入0.1～1.0 mL三氯化钛溶液（用30wt%盐酸为溶剂制备的浓度为15.0～20.0wt%三氯化钛溶液）、0.1～0.5 g尿素以及0.5～2.0 g氯化钠，混合均匀而成。本发明更优选为每35mL水中加入0.1～1.0 mL三氯化钛溶液、0.1～0.5 g尿素以及1.0～2.0 g氯化钠。最优选为每35mL水中加入0.8 mL三氯化钛溶液、0.3 g尿素以及0.9 g氯化钠。

优选的，步骤（2）中产物用乙醇清洗3～5次；干燥条件为60～120℃下处理30～60min。

优选的，步骤（2）中所述煅烧为在空气氛围中高温反应，更优选以2～5℃/min的升温速率，升至300～500℃，保温30～90 min。

本发明的另一个目的是提供根据上述方法制备得到的泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料，其中的二氧化钛晶体依附泡沫镍原位生长。

泡沫镍有着独特的三维网状空间结构，可以提供更多的活性位点，更有着优异的导电性，这正好可以弥补二氧化钛导电性较弱的问题。在泡沫镍基底上直接生长二氧化钛，避开了电极涂覆的操作过程，减少了有机溶剂的使用，并且有助于提高催化剂的活性。此外，这种直接生长出来的电极，集流体与活性材料之间联系更为紧密，在很大程度上降低了弯曲时造成的电极材料和集流体分离的可能性。

本发明提供的技术方案带来如下有益效果：