專利名稱：一種半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料及其制備方法，具體涉及一種通過采用含結(jié)晶水的鹽制備成分可控性能豐富的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球材料，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源危機和環(huán)境污染造成的危害不斷加劇，人們對可再生能源的應(yīng)用和需求日益迫切。太陽能作為可再生能源擁有巨大的優(yōu)勢，新興的太陽能利用途徑主要有以下兩個光催化技術(shù)和太陽能電池。二氧化鈦作為一種儲量豐富而又環(huán)保的半導(dǎo)體材料在以上兩個領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用自1972年Fujishima發(fā)現(xiàn)二氧化鈦光電極表面持續(xù)產(chǎn)氫的現(xiàn)象以來，基于二氧化鈦的半導(dǎo)體光催化技術(shù)受到了極大關(guān)注并取得了巨大的發(fā)展，它可以用于降解有機污染物、裂解水產(chǎn)氫、抗菌和防污等方面，是解決目前能源短缺和環(huán)境污染等問題的一個理想途徑；1991年瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院GrStzel教授報道了一種基于二氧化鈦納米晶的轉(zhuǎn)換效率達(dá)7. 的染料敏化太陽電池，目前染料敏化太陽電池的單塊小面積效率可達(dá)12%，亞模塊05cm2)的效率已超過8%，該技術(shù)工藝簡單、成本低廉，有望突破晶體硅和薄膜太陽電池投資大、成本高的應(yīng)用瓶頸，這也進(jìn)一步拓展了二氧化鈦的應(yīng)用領(lǐng)域。在光催化方面，二氧化鈦粉體具有良好的光催化活性，特別是以德固賽公司的P25 為代表的一系列商品化二氧化鈦納米粉體，更是顯示了優(yōu)異的光催化性能，然而二氧化鈦納米粉體回收困難，而且會對原體系造成二次污染，無法在循環(huán)系統(tǒng)下重復(fù)利用，而且本征的二氧化鈦只具有紫外光響應(yīng)性，從而限制了它在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。如何通過工藝簡單而成本低廉的方法制備具有可見光響應(yīng)性并易于回收的二氧化鈦材料已經(jīng)成為研究的熱點。 由二氧化鈦納米晶組裝而成的空心球材料，它的納米晶本質(zhì)保證了足夠大的比表面積，同時微米級的球形尺寸有利于材料的回收和重復(fù)利用。目前，已有大量的研究報道了二氧化鈦空心球的制備方法，比如聚苯乙烯球模板法、碳球模板法、氣泡模板法、微乳液法等，通過摻雜或復(fù)合也可以實現(xiàn)可見光響應(yīng)性。然而采用一步法原位合成納米級復(fù)合的二氧化鈦空心球的方法還未見報道。在染料敏化太陽電池方面，電池結(jié)構(gòu)主要包括多孔半導(dǎo)體薄膜電極、染料敏化劑、 氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電基底等幾部分。其工作原理為染料分子吸收太陽光后從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)染料的電子注入到納米半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中，隨后傳輸至導(dǎo)電基底， 經(jīng)外回路轉(zhuǎn)移至對電極，處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生，氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子被還原，從而完成了電子輸運的一個循環(huán)過程。在這些過程中，同時伴隨著兩個背反應(yīng)注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料或電解質(zhì)中的電子受體的復(fù)合反應(yīng)。如何強化電子輸運過程的正反應(yīng)，抑制電荷復(fù)合的背反應(yīng)，是當(dāng)前染料敏化太陽電池研究工作的一個重點。通過提高電子的收集和傳輸效率是實現(xiàn)高效染料敏化太陽電池的主要途徑，已有研究報道通過對二氧化鈦進(jìn)行摻雜可以提高電子的收集和傳輸效率，但是往往會來帶對開路電壓的不利影響。因此通過新的制備方法合成新的材料，以實現(xiàn)同時提高電子的收集傳輸效率及開路電壓就顯得非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料， 以提高二氧化鈦空心球在光催化和染料敏化太陽電池領(lǐng)域的應(yīng)用性。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述材料的簡單而成本低廉的制備方法，以實現(xiàn)一步法對二氧化鈦空心球進(jìn)行原位的納米級復(fù)合。下面詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明采用一種簡單的方法，利用含結(jié)晶水的鹽，通過反應(yīng)提供鈦源水解所需的水并作為二氧化鈦空心球形成的模板，從而得到成分可控、性能豐富的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球材料。該二氧化鈦空心球可應(yīng)用于光催化和染料敏化太陽電池領(lǐng)域，均顯示了良好的性能。a)含結(jié)晶水的鹽懸濁液的制備含結(jié)晶水的鹽包括七水硫酸鋅、七水硫酸亞鐵、七水硫酸鈷、七水硫酸鎳、七水硫酸鎂、五水硫酸銅、六水硫酸鉻、硫酸鎘、硫酸錳為代表的含結(jié)晶水硫酸鹽；四水磷酸鋅、二水磷酸鐵、三水磷酸銅、三水磷酸氫鎂、六水磷酸鉻為代表的含結(jié)晶水磷酸鹽；及上述兩種或多種鹽的混合物。溶劑采用非水溶劑，包括以甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇為代表的液態(tài)醇類，己烷、庚烷、辛烷、癸烷、環(huán)己烷、異辛烷為代表的液態(tài)烷類，以及它們兩種或多種按任意比例的混合溶劑。將不同量的含結(jié)晶水鹽加入到上述溶劑中，室溫下攪拌一段時間后得到懸濁液，含結(jié)晶水的鹽在溶劑中的濃度范圍在0. 01 1M。b)反應(yīng)前驅(qū)液的制備在步驟a)制備的含結(jié)晶水鹽的懸濁液中加入一定量的鈦源，鈦源采用鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸異丙酯、鈦酸異丁酯、四氯化鈦、三氯化鈦及它們兩種或多種任意比例的混合物。在攪拌下慢慢滴加上述鈦源，繼續(xù)攪拌，其中含結(jié)晶水鹽和鈦源的摩爾比范圍在 1 0. 1 5。c)半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球的制備將步驟b)所得的前驅(qū)液移至反應(yīng)容器中，在60 350°C溫度范圍內(nèi)反應(yīng)0. 5 120小時得到目標(biāo)沉淀，沉淀物洗滌干燥即得半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球材料。本發(fā)明公開的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球制備方法的優(yōu)點在于本發(fā)明公開的制備方法首次采用了含結(jié)晶水的鹽來合成二氧化鈦空心球材料，含結(jié)晶水鹽在體系中具有三重作用加熱過程中緩慢釋放的結(jié)晶水提供了鈦源水解反應(yīng)所需的水；事先形成的類球形的鹽作為二氧化鈦空心球形成的模板劑；同時是半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球半導(dǎo)體生成的源材料。得到的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球用于光催化和染料敏化太陽電池均具顯示了良好的性能。本發(fā)明采用了簡單而成本低廉的制備工藝，反應(yīng)體系原料的選擇范圍廣，利用原位復(fù)合實現(xiàn)二氧化鈦材料的改性。通過對含結(jié)晶水鹽的選擇可得到性能豐富的二氧化鈦空心球材料，可實現(xiàn)二氧化鈦的可見光響應(yīng)性，以增強對太陽光的利用率；同時，復(fù)合可提高二氧化鈦的電子傳輸能力，從而提升染料敏化太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率。


圖1為氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球的X射線衍射圖譜，表明得到的材料是純的銳鈦礦相二氧化鈦。圖2為氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球的掃描電鏡照片，表明得到的材料具有微米級的空心球結(jié)構(gòu)。圖3為氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球的透射電鏡照片，表明得到的微米級空心球壁由小晶粒組裝而成，并具有納米孔道結(jié)構(gòu)。圖4為氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球的高分辨透射電鏡照片，表明得到的微米級空心球的球壁由8納米左右的二氧化鈦納米晶組裝而成。圖5為氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球的紫外光降解甲基橙速率曲線，表明得到的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球具有優(yōu)異的光催化性能。圖6為不同半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球的紫外可見漫反射吸收光譜，圖中曲線1 為氧化鐵復(fù)合的二氧化鈦空心球，曲線2為氧化鈷復(fù)合的二氧化鈦空心球，曲線3為氧化鎂復(fù)合的二氧化鈦空心球，表明得到的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球具有良好的可見光響應(yīng)性。
具體實施例方式下面介紹本發(fā)明的實施例，以進(jìn)一步增加對本發(fā)明的了解，但本發(fā)明絕非限于實施例。實施例1 取0.5g七水硫酸鋅加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌池后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在 240°C溶劑熱反應(yīng)24h得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，其微觀掃描電鏡(SEM)照片如圖2所示，透射電鏡照片顯示了空心球的球壁由二氧化鈦納米晶組裝而成，并具有孔道結(jié)構(gòu)(如圖3、圖4所示)，能譜分析證明了氧化鋅的存在。得到的氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料用于紫外光降解甲基橙(MO)實驗，所用光源為500W高壓汞燈，甲基橙的濃度為10mg/L，經(jīng)紫外光照射6min，甲基橙降解率在90% 以上，降解效率優(yōu)于德固賽P25 二氧化鈦納米粉體(如圖5所示)。另外，將得到的氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球用于染料敏化太陽電池的組裝，測試結(jié)果表明，較未復(fù)合的二氧化鈦空心球，電池的開路電壓和短路電流均有明顯的提升，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)3. 56%，比未摻雜二氧化鈦空心球電池的轉(zhuǎn)換效率提升了對％。實施例2 取Ig七水硫酸亞鐵加入到50ml甲醇溶劑中，攪拌Ih后得到棕色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在 180°C溶劑熱反應(yīng)4 得到黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鐵復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鐵的存在，紫外可見漫反射吸收光譜顯示了產(chǎn)物具有良好的可見光響應(yīng)性(如圖6所示)。
得到的氧化鐵復(fù)合二氧化鈦空心球用于可見光降解甲基橙(MO)實驗，所用光源為500W氙燈，甲基橙的濃度為10mg/L，測試結(jié)果表明產(chǎn)物具有良好的可見光光催化活性。實施例3:取0. 5g七水硫酸鈷加入到50ml丙醇溶劑中，攪拌Ih后得到棕色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸異丙酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在 240°C溶劑熱反應(yīng)1 得到土黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鈷復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鈷的存在，紫外可見漫反射吸收光譜顯示了產(chǎn)物具有良好的可見光響應(yīng)性(如圖6所示)。得到的氧化鈷復(fù)合二氧化鈦空心球材料用于可見光降解甲基橙(MO)實驗，所用光源為500W氙燈，甲基橙的濃度為10mg/L，測試結(jié)果表明產(chǎn)物具有良好的可見光光催化活性。實施例4 取0. 3g七水硫酸鎂加入到50ml異丙醇溶劑中，攪拌Ih后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加Iml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在 240°C溶劑熱反應(yīng)4 得到淡黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鎂復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鎂的存在，紫外可見漫反射吸收光譜顯示了產(chǎn)物具有良好的可見光響應(yīng)性(如圖6所示)。得到的氧化鎂復(fù)合二氧化鈦空心球材料用于可見光降解甲基橙(MO)實驗，所用光源為500W氙燈，甲基橙的濃度為10mg/L，測試結(jié)果表明產(chǎn)物具有良好的可見光光催化活性。實施例5 取2g六水硫酸鉻加入到50ml正丁醇溶劑中，攪拌Ih后得到深綠色懸濁液，往懸濁液中滴加Iml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入回流裝置中，在 300°C下反應(yīng)120h得到深綠色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鉻復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鉻的存在，紫外可見漫反射吸收光譜顯示了產(chǎn)物具有良好的可見光響應(yīng)性。得到的氧化鉻復(fù)合二氧化鈦空心球材料用于可見光降解甲基橙(MO)實驗，所用光源為500W氙燈，甲基橙的濃度為10mg/L，測試結(jié)果表明產(chǎn)物具有良好的可見光光催化活性。實施例6 取0. Ig七水硫酸鋅加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌0. 5h后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加0. 5ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在 180°C溶劑熱反應(yīng)Ih得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅的存在。實施例7
取IOg七水硫酸鋅加入到50ml正己烷溶劑中，攪拌4h后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加Iml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在80°C 溶劑熱反應(yīng)4 得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅的存在。實施例8 取5g七水硫酸鋅加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌4h后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加Iml四氯化鈦，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入回流裝置中，在120°C 下反應(yīng)得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。實施例9 取Ig七水硫酸鋅加入到50ml異辛烷溶劑中，攪拌4h后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加Iml四氯化鈦，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在180°C 溶劑熱反應(yīng)4 得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。實施例10 取Ig七水硫酸亞鐵加入到25ml十四烷溶劑中，攪拌4h后得到棕色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸異丙酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入回流裝置中，在 300°C下反應(yīng)4 得到黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鐵復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。實施例11 取2g四水磷酸鋅加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌池后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入回流裝置中，在 180°C下反應(yīng)24h得到白色沉淀，沉淀物先用乙酸洗滌，再用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。實施例12 取2g 二水磷酸鐵加入到50ml辛烷溶劑中，攪拌池后得到棕色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸異丙酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入回流裝置中，在 240°C下反應(yīng)1 得到黃色沉淀，沉淀物先用鹽酸洗滌，再用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鐵復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。實施例13 取0. 5g七水硫酸鋅和0. 5g七水硫酸亞鐵加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌4h后得到棕黃色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在溶劑熱反應(yīng)24h得到黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌， 干燥后即得氧化鋅和氧化鐵二元復(fù)合的二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅和氧化鐵的存在。實施例14 取0. 9g七水硫酸鋅和0. Ig七水硫酸亞鐵加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌4h后得到淺黃色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在溶劑熱反應(yīng)24h得到淺黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅和氧化鐵二元復(fù)合的二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅和氧化鐵的存在。實施例15 取0. 3g七水硫酸鋅、0. 3g七水硫酸亞鐵和0. 3g七水硫酸鈷加入到50ml乙醇溶劑中，攪拌池后得到棕黃色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在溶劑熱反應(yīng)24h得到黃色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅、氧化鐵和氧化鈷三元復(fù)合的二氧化鈦空心球材料。經(jīng) XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅和氧化鐵的存在。實施例16 取0. 5g七水硫酸鋅加入到25ml乙醇和25ml辛烷的混合溶劑中，攪拌4h后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在240°C溶劑熱反應(yīng)24h得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測0試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅的存在。實施例17 取0. 5g七水硫酸鋅加入到45ml乙醇和5ml辛烷的混合溶劑中，攪拌4h后得到白色懸濁液，往懸濁液中滴加2ml鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌得反應(yīng)前驅(qū)液。將得到的前驅(qū)液移入反應(yīng)釜中，在溶劑熱反應(yīng)24h得到白色沉淀，沉淀物用乙醇和去離子水洗滌，干燥后即得氧化鋅復(fù)合二氧化鈦空心球材料。經(jīng)XRD測試，得到的產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡照片顯示了空心球由二氧化鈦納米晶組裝而成，能譜分析證明了氧化鋅的存在。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料，其特征在于(1)微米尺寸的空心球由納米晶顆粒相互連接組裝而成，并形成納米多孔結(jié)構(gòu)的壁；(2)半導(dǎo)體復(fù)合材料和二氧化鈦納米晶在納米級別實現(xiàn)原位復(fù)合；(3)半導(dǎo)體復(fù)合材料包括氧化鋅、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎘或氧化錳。
2.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，其特征在于將含結(jié)晶水的鹽加入到非水溶劑中，攪拌后得到懸濁液，往其中加入鈦源，繼續(xù)攪拌；將得到的反應(yīng)前驅(qū)液移入反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)，結(jié)晶水逐漸釋放使鈦源水解得到沉淀，沉淀物洗滌干燥。
3.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，，其特征在于結(jié)晶水的鹽選自結(jié)晶水硫酸鹽和/或結(jié)晶水磷酸鹽中一種、兩種或多種的混合物。
4.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，，其特征在于結(jié)晶水硫酸鹽包括七水硫酸鋅、七水硫酸亞鐵、七水硫酸鈷、七水硫酸鎳、七水硫酸鎂、五水硫酸銅、六水硫酸鉻、硫酸鎘、硫酸錳；結(jié)晶水磷酸鹽包括四水磷酸鋅、二水磷酸鐵、 三水磷酸銅、三水磷酸氫鎂、六水磷酸鉻。
5.按照權(quán)利要求2所述的所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，，其特征在于包括以甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇為代表的液態(tài)醇類，和己烷、庚烷、辛烷、癸烷、環(huán)己烷、異辛烷為代表的液態(tài)烷類，以及它們兩種或多種按任意比例的混合溶劑。
6.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，含結(jié)晶水的鹽在非水溶劑中的濃度范圍在0. 01 1M，攪拌時間大于lOmin。
7.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，鈦源， 其特征在于采用鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸異丙酯、鈦酸異丁酯、四氯化鈦、三氯化鈦及它們兩種或多種任意比例的混合物。
8.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，含結(jié)晶水的鹽和鈦源的摩爾比范圍在1 0.1 5。
9.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料的制備方法，其特征在于采用溶劑熱和加熱回流反應(yīng)，反應(yīng)溫度范圍在6(1°C 35(；C，反應(yīng)時間范圍在& 5 12(1小時。
10.按照權(quán)利要求i所述的半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料，其特征在于適用于光催化和染料敏化太陽電池領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體復(fù)合多孔壁二氧化鈦空心球材料，并提供一種該材料簡易的制備方法。其特征在于采用含結(jié)晶水的鹽，通過反應(yīng)提供鈦源水解所需的水并作為二氧化鈦空心球形成的模板。該方法首先將含結(jié)晶水的鹽加入到非水溶劑中，攪拌一段時間后得到懸濁液，往其中加入鈦源，繼續(xù)攪拌；將得到的反應(yīng)前驅(qū)液移入反應(yīng)器中在一定的溫度下液相反應(yīng)一定的時間，結(jié)晶水逐漸釋放使鈦源水解得到沉淀，沉淀物洗滌干燥即得半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球材料。本發(fā)明的制備工藝簡單，成本低廉，對環(huán)境友好，具有較大的應(yīng)用潛力；通過選擇不同的含結(jié)晶水鹽，可以得到性能豐富的半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦空心球材料，將其應(yīng)用于光催化和染料敏化太陽電池領(lǐng)域，均顯示了良好的性能。
文檔編號C01G23/053GK102234133SQ201010152118
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者呂旭杰, 黃富強 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所