一種“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦納米薄膜的制備方法，尤其涉及一種“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]1102是一種非常重要的多功能半導(dǎo)體材料，在光電轉(zhuǎn)化、光催化、鋰離子電池負(fù)極、氣體傳感器等領(lǐng)域均具有潛在的應(yīng)用前景。功能材料的性能與其微結(jié)構(gòu)和成分組成密切相關(guān)。一維納米結(jié)構(gòu)可加強(qiáng)電荷傳輸；二維納米結(jié)構(gòu)具有較薄的厚度，可縮短電荷在其內(nèi)部的擴(kuò)散距離。具有一定寬度及長(zhǎng)寬比的帶狀納米結(jié)構(gòu)可在一定程度上結(jié)合一維納米材料和二維納米材料的優(yōu)勢(shì)，成為一種重要的功能納米材料。
[0004]常規(guī)的1102納米帶結(jié)構(gòu)完整，具有光滑表面，容易引起載流子的復(fù)合，會(huì)導(dǎo)致其光催化性能不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的制備方法，該方法獲得的二氧化鈦納米薄膜比表面積大，光催化性能好。
[0006]本發(fā)明的制備“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的方法，其步驟如下:
1)用去離子水將硫酸氧鈦和甘氨酸分別溶解，再和硝酸混合，硝酸與甘氨酸的用量比為0.34mL/g，硫酸氧鈦與甘氨酸的用量比為0.5-lg/g，將上述混合液裝入坩禍在400°C加熱至分解完畢，得到非晶金屬絡(luò)合物；將上述非晶金屬絡(luò)合物與質(zhì)量濃度為30%的H2O2溶液混合，每克非晶金屬絡(luò)合物使用20~800mL H2O2溶液，在室溫至80°C下反應(yīng)72h，取上層清液作為前驅(qū)液；
2)將質(zhì)量濃度為50~55%的氫氟酸、質(zhì)量濃度為65~68%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6混合，得酸洗液；
3)配置摩爾濃度為5mol/LNaOH溶液，將金屬鈦板表面用步驟2)所得的酸洗液酸洗后，再用去離子水超聲波清洗干凈，放入上述NaOH溶液中，置于高壓反應(yīng)釜，溶液不超過(guò)反應(yīng)釜容積的80%，于180°C堿熱反應(yīng)24 h，得到鈦酸鈉納米帶；將樣品取出后置于摩爾濃度
0.1 mol/L的鹽酸溶液中進(jìn)行離子交換，得到鈦酸納米帶；再將樣品在450°C煅燒I h，得到二氧化鈦納米帶；
4)將步驟3)制得的二氧化鈦納米帶，浸沒(méi)于步驟I)制得的前驅(qū)液中，在60~90°C下反應(yīng)3~12h，反應(yīng)后的樣品用去離子水沖洗，干燥，在400-600°C保溫1-3 h，得到“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過(guò)形成表面異質(zhì)分級(jí)結(jié)構(gòu)，不僅可以顯著提高薄膜比表面積，同時(shí)有利于提高量子產(chǎn)率，進(jìn)而提升薄膜的光催化性能。本發(fā)明的薄膜可應(yīng)用于光催化、光電轉(zhuǎn)換、鋰離子電池負(fù)極、氣體傳感器等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為實(shí)施例1制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)T12納米薄膜的X射線衍射圖譜；
圖2為實(shí)施例1制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)1102納米薄膜的掃描電子顯微鏡高倍照片； 圖3為實(shí)施例1制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米T12薄膜的掃描電子顯微鏡低倍照片； 圖4為實(shí)施例2制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米T12薄膜的掃描電子顯微鏡照片；
圖5為實(shí)施例3制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米T12薄膜的掃描電子顯微鏡照片；
圖6為實(shí)施例4制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米T12薄膜的掃描電子顯微鏡照片；
圖7為實(shí)施例5制備的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米1102薄膜的掃描電子顯微鏡照片。
[0009]
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于下述實(shí)施例。
[0011]實(shí)施例1
1)將1.25g硫酸氧鈦、0.6mL硝酸和1.75g甘氨酸加入1mL去離子水中，再將裝有上述溶液的坩禍放置于馬弗爐中于400°C加熱，溶液經(jīng)過(guò)沸騰、起泡、分解后，得到黑色非晶金屬絡(luò)合物；將非晶金屬絡(luò)合物研磨后，取0.5g加入50mL質(zhì)量濃度為30%的過(guò)氧化氫溶液中，室溫放置72 h，取上層清液得到前驅(qū)液；
2)將質(zhì)量濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6比例混合，得酸洗液；
3)將2.5X2.5X0.01 (cm3)金屬鈦板表面用步驟2)所得的酸洗液酸洗后，再用去離子水超聲波清洗干凈，放入40mL摩爾濃度為5M NaOH溶液中，然后放入容積50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，放入高壓釜內(nèi)，置于180°C堿熱反應(yīng)24 h，得到鈦酸鈉納米帶；然后于摩爾濃度0.1M的鹽酸溶液中進(jìn)行離子交換，得到鈦酸納米帶，再將鈦酸納米帶于馬弗爐中450°C煅燒I h，得到T12納米帶薄膜。
[0012]4)將步驟3)制得的T12納米帶薄膜，浸沒(méi)于15mL步驟I)制得的前驅(qū)液，在80°C下反應(yīng)3 h，反應(yīng)后的樣品用去離子水沖洗，干燥，在400°C保溫3 ho得到“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜。
[0013]圖1為本例制得的薄膜的X射線衍射圖譜，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)照可知，所得產(chǎn)物為銳鈦礦相T12 (圖中除對(duì)應(yīng)于1102外的衍射峰均來(lái)自鈦金屬基板)。圖2、圖3為所獲得薄膜的掃描電子顯微鏡照片，可以看到獲得的薄膜為納米帶上生長(zhǎng)有排列規(guī)整且尺寸更小的納米帶，即薄膜為“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜。
[0014]實(shí)施例2
1)硫酸氧鈦質(zhì)量為1.75g，其他條件同實(shí)施例1 ;
2)同實(shí)施例1；
3)同實(shí)施例1；
4)在前驅(qū)液中反應(yīng)溫度為60°C，其他條件同實(shí)施例1。
[0015]圖4為所獲得薄膜的掃描電子顯微鏡照片，可以看到產(chǎn)物具有“帶-帶”分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。
[0016]實(shí)施例3
1)過(guò)氧化氫溶液用量為400mL，其他條件同實(shí)施例1;
2)同實(shí)施例1；
3)同實(shí)施例1；
4)同實(shí)施例1o
[0017]圖5為所獲得薄膜的掃描電子顯微鏡照片，可以看到產(chǎn)物具有“帶-帶”分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。
[0018]實(shí)施例4
1)同實(shí)施例1;
2)同實(shí)施例1；
3)同實(shí)施例1；
4)在前驅(qū)液中90°C下反應(yīng)時(shí)間為6h，其他條件同實(shí)施例1。
[0019]圖6為所獲得薄膜的掃描電子顯微鏡照片，可以看到產(chǎn)物具有“帶-帶”分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。
[0020]實(shí)施例5
1)硫酸氧鈦質(zhì)量為0.875g，其他條件同實(shí)施例1 ;
2)同實(shí)施例1；
3)同實(shí)施例1；
4)將步驟3)制得的T12納米帶薄膜，浸沒(méi)于30mL步驟I)制得的前驅(qū)液，60°C下反應(yīng)12 h，反應(yīng)后的樣品用去離子水沖洗，干燥，在600°C保溫I h，得到“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜。
[0021]圖7為所獲得薄膜的掃描電子顯微鏡照片，可以看到產(chǎn)物具有“帶-帶”分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)用去離子水將硫酸氧鈦和甘氨酸分別溶解，再和硝酸混合，硝酸與甘氨酸的用量比為0.34mL/g，硫酸氧鈦與甘氨酸的用量比為0.5-lg/g，將上述混合液裝入坩禍在400°C加熱至分解完畢，得到非晶金屬絡(luò)合物；將上述非晶金屬絡(luò)合物與質(zhì)量濃度為30%的H2O2溶液混合，每克非晶金屬絡(luò)合物使用20~800mL H2O2溶液，在室溫至80°C下反應(yīng)72h，取上層清液作為前驅(qū)液； 2)將質(zhì)量濃度為50~55%的氫氟酸、質(zhì)量濃度為65~68%的硝酸與去離子水按體積比1:3:6混合，得酸洗液； 3)配置摩爾濃度為5mol/LNaOH溶液，將金屬鈦板表面用步驟2)所得的酸洗液酸洗后，再用去離子水超聲波清洗干凈，放入上述NaOH溶液中，置于高壓反應(yīng)釜，溶液不超過(guò)反應(yīng)釜容積的80%，于180°C堿熱反應(yīng)24 h，得到鈦酸鈉納米帶；將樣品取出后置于摩爾濃度.0.1 mol/L的鹽酸溶液中進(jìn)行離子交換，得到鈦酸納米帶；再將樣品在450°C煅燒I h，得到二氧化鈦納米帶； 4)將步驟3)制得的二氧化鈦納米帶，浸沒(méi)于步驟I)制得的前驅(qū)液中，在60~90°C下反應(yīng)3~12h，反應(yīng)后的樣品用去離子水沖洗，干燥，在400-600°C保溫1-3 h，得到“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜的制備方法，主要步驟包括：將硫酸氧鈦、甘氨酸和硝酸在去離子水中混合，然后經(jīng)干燥分解，得到非晶金屬絡(luò)合物；將非晶金屬絡(luò)合物與雙氧水溶液反應(yīng)，取上層清夜作為前驅(qū)液；將酸洗后金屬鈦板浸沒(méi)于氫氧化鈉溶液中，酸洗和熱處理后再將上述納米帶薄膜浸沒(méi)于前驅(qū)液中反應(yīng)3~12小時(shí)，反應(yīng)后的樣品用去離子水沖洗，干燥，熱處理，獲得“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜。本發(fā)明將堿熱納米帶陣列直接放入前驅(qū)液中反應(yīng)獲得“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦薄膜，重現(xiàn)性好。所制的“帶-帶”分級(jí)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，比表面積高，可應(yīng)用于光催化、光電轉(zhuǎn)換、鋰離子電池負(fù)極、氣體傳感器等領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】C23C22/64, C23C22/82
【公開(kāi)號(hào)】CN105018919
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510396329
【發(fā)明人】白俊強(qiáng), 文偉, 吳進(jìn)明
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月8日