專利名稱：一種制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備二氧化鈦納米線陣列的方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦薄膜在光催化、光電催化、氣體傳感器、薄膜太陽(yáng)能電池、電致變 色薄膜和場(chǎng)發(fā)射等領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用。納米棒、納米花、納米管和納米線 等納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦有序陣列薄膜具有極高的比表面積，因而在上述應(yīng)用中都 顯示出優(yōu)異的性能。此外，和普通的納米顆粒組成的致密薄膜相比，二氧化鈦納 米棒、納米線等有序陣列薄膜具有更好的空間電荷分離效應(yīng)，這對(duì)于光催化、光 電催化和光電陽(yáng)極等都有重要的意義。截止目前，無論是銳鈦礦還是金紅石相二 氧化鈦納米線陣列，大多通過以下不同方法制成陰極誘導(dǎo)溶膠-凝膠填充陽(yáng)極 氧化鋁孔洞法；細(xì)菌纖維素模板法；表面活性劑輔助自組裝法；帶有專門設(shè)計(jì)掩 模板的靜電紡絲法；Ti和TiO作為前驅(qū)體的化學(xué)氣相沉積法；在金催化基體上熱 蒸發(fā)氧氣流中金屬鈦的氣-液-固生長(zhǎng)法或在無催化劑基體上熱蒸發(fā)金屬鈦法。直 接氧化金屬鈦基體也可以制備二氧化鈦納米線陣列。例如，在乙醇蒸汽中通過 750'C熱氧化金屬鈦基體得到二氧化鈦納米線；利用熱堿溶液處理鈦箔生成鈦酸 納米線，隨后經(jīng)過離子交換反應(yīng)和焙燒處理轉(zhuǎn)變成二氧化鈦納米線等等。但是， 目前還沒有一種簡(jiǎn)單的、不加模板和催化劑的制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、不加模板和催化劑的大面積制備二氧化 鈦納米線陣列薄膜的方法。
本發(fā)明的制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方法，包括以下步驟
1) 將質(zhì)量百分比濃度為50 55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65 68%的 硝酸與去離子水按體積比l: 3: 6混合，得酸洗液；
2) 在質(zhì)量百分比濃度為20 30%的雙氧水溶液中添加0.174 0.580摩爾/ 升的硝酸和0.0016 0.024摩爾/升的三聚氰胺，得反應(yīng)液；
3) 將金屬鈦板表面用步驟l)的酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清 洗干凈，然后浸沒于步驟2)的反應(yīng)液中，在60 9(TC下反應(yīng)60 72小時(shí)，；
4) 反應(yīng)后的鈦板用去離子水清洗，干燥后，在350 55(TC熱處理1 2小時(shí)。熱處理前二氧化鈦納米線陣列薄膜為非晶結(jié)構(gòu)；經(jīng)熱處理結(jié)晶成為,兌f太礦 結(jié)構(gòu)。反應(yīng)生成的二氧化鈦納米線陣列平均直徑為25 30納米，長(zhǎng)徑比大約為 20 40。
本發(fā)明制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方法，不需要模板和催化劑，簡(jiǎn)便易 行，成本低，薄膜純凈，尺寸排列規(guī)整，結(jié)晶理想，比表面積大，與基體結(jié)合 牢固。本發(fā)明制備的二氧化鈦納米線陣列薄膜在光催化、光電催化、薄膜太陽(yáng) 能電池、氣體傳感器，以及冷陰極電子發(fā)射等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。


圖1為實(shí)施例1制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的低倍(a) 和高倍(b)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；
圖2為實(shí)施例1制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的X-射線伶J身t圖， 圖中，A:銳鈦礦，S:鋯鈦礦，Ti:鈦；
圖3為實(shí)施例2制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的低倍(a) 和高倍(b)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；
圖4為實(shí)施例3制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的低倍(a) 和高倍(b)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；
圖5為實(shí)施例4制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的^r發(fā)射 掃描電子顯微鏡照片；
圖6為實(shí)施例5制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的場(chǎng)發(fā)射 掃描電子顯微鏡照片；
圖7為實(shí)施例6制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的場(chǎng)發(fā)射 掃描電子顯微鏡照片-,
圖8為實(shí)施例7制備的表面覆蓋二氧化鈦納米線陣列薄膜的鈦片的場(chǎng)發(fā)射 掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明方法。但本發(fā)明不僅僅局限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1
1) 將質(zhì)量百分比濃度為55%的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65%的硝酸與去 離子水按體積比l: 3: 6的比例混合，得酸洗液。
2) 在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%雙氧水溶液中依次添加0.0145摩爾的 硝酸和0.00012摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。
43) 將尺寸為5x5x0.01 (cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液在6(TC溫度下酸 洗，而后用去離子水在超聲波中清洗千凈。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫 升反應(yīng)液中，在80。C下反應(yīng)72小時(shí)。
4) 反應(yīng)后的鈦板用去離子水輕輕沖洗，干燥后置于馬弗爐中45(TC保溫1 小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖1所示的二氧化鈦納米線陣列薄膜，納米線的平均 直徑為25納米，長(zhǎng)徑比大約為40，排列規(guī)整。圖2顯示，納米線的晶體結(jié)構(gòu)主 要為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶理想。 實(shí)施例2
1) 同實(shí)施例1。
2) 在50亳升質(zhì)量百分比濃度為30%雙氧水溶液中依次添加0.00870摩爾的 硝酸和0.00012摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。
3) 同實(shí)施例1。
4) 反應(yīng)后的鈦板用去離子水輕輕沖洗，干燥后置于馬弗爐中55(TC保溫1 小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖3所示的二氧化鈦納米線陣列薄膜，納米線陣列的 平均直徑為25納米，長(zhǎng)徑比大約為25。 實(shí)施例3
1) 同實(shí)施例1。
2) 在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%雙氧水溶液中依次添加0.0290摩爾的 硝酸和0.00012摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。
3) 同實(shí)施例1。
4) 反應(yīng)后的鈦板用去離子水輕輕沖洗，干燥后置于馬弗爐中35(TC保溫1 小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)果
二氧化鈦納米線陣列的頂部均勻分散著少量尺寸約為1微米的納米花結(jié)構(gòu) 的二氧化鈦團(tuán)聚，如圖4b所示。這種結(jié)構(gòu)可以獲得比純納米線更優(yōu)的光催化性 能。
實(shí)施例4
1)同實(shí)施例1。2) 在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%雙氧水溶液中依次添加0.0145摩爾的 硝酸和0.000080摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。
3) 金屬鈦板表面清洗同賣施例1。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升反 應(yīng)液中，在9(TC下反應(yīng)60小時(shí)。
4) 反應(yīng)后的鈦板用去離子水輕輕沖洗，干燥后置于馬弗爐中450'C保溫2 小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖5所示的二氧化鈦納米線陣列薄膜，納米線直徑約 為30納米，長(zhǎng)徑比為40左右。 實(shí)施例5
1) 同實(shí)施例1。
2) 在50毫升質(zhì)量百分比濃度為20%雙氧水溶液中依次添加0.0145摩爾的 硝酸和0.00040摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。
3) 金屬鈦板表面清洗同實(shí)施例1。將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50毫升反 應(yīng)液中，在6(TC下反應(yīng)66小對(duì)。
4) 同實(shí)施例1。 反應(yīng)結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖6所示的二氧化鈦納米線陣列薄膜，納米線直徑約 為25納米，長(zhǎng)徑比為30左右。 實(shí)施例6
1) 同實(shí)施例1。
2) 在50毫升質(zhì)量百分比濃度為25%雙氧水溶液中依次添加0.0145摩爾的 硝酸和0.00080摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。
3) 同實(shí)施例1。
4) 同實(shí)施例1。 反應(yīng)結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖7所示的二氧化鈦納米線陣列薄膜，納米線直徑約 為30納米，長(zhǎng)徑比為20左右。 實(shí)施例7
1) 同實(shí)施例1。
2) 在50毫升質(zhì)量百分比濃度為30%雙氧水溶液中依次添加0.0145摩爾的 硝酸和0.0012摩爾的三聚氰胺，得反應(yīng)液。3) 同實(shí)施例1。
4) 同實(shí)施例1。 反應(yīng)結(jié)果
鈦板表面均勻生成如圖8所示的二氧化鈦納米線陣列薄膜，納米線直徑約 為25納米，長(zhǎng)徑比為30左右。
權(quán)利要求
1. 一種制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方法，其特征是包括以下步驟1)將質(zhì)量百分比濃度為50～55％的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65～68％的硝酸與去離子水按體積比1∶3∶6混合，得酸洗液；2)在質(zhì)量百分比濃度為20～30％的雙氧水溶液中添加0.174～0.580摩爾/升的硝酸和0.0016～0.024摩爾/升的三聚氰胺，得反應(yīng)液；3)將金屬鈦板表面用步驟1)的酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈，然后浸沒于步驟2)的反應(yīng)液中，在60～90℃下反應(yīng)60～72小時(shí)；4)反應(yīng)后的鈦板用去離子水清洗，干燥后，在350～550℃熱處理1～2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開的制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方法，其步驟包括將氫氟酸、硝酸與去離子水混合，配得酸洗液；在雙氧水溶液中添加三聚氰胺和硝酸，得反應(yīng)液；金屬鈦板表面用酸洗液酸洗，浸沒于反應(yīng)液中，在60～90℃下反應(yīng)60～72小時(shí)；反應(yīng)后的鈦板用去離子水清洗，干燥，在350～550℃保溫1～2小時(shí)。本發(fā)明制備二氧化鈦納米線陣列薄膜的方法，不需要模板和催化劑，簡(jiǎn)便易行，成本低，薄膜純凈，尺寸排列規(guī)整，結(jié)晶理想，比表面積大，與基體結(jié)合牢固。本發(fā)明制備的二氧化鈦納米線陣列薄膜在光催化、光電催化、薄膜太陽(yáng)能電池、氣體傳感器，以及冷陰極電子發(fā)射等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C01G23/00GK101508463SQ20091009679
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者吳進(jìn)明, 薛紅星 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)