本發(fā)明涉及一種紙基三維立體二氧化鈦納米材料的制備方法，屬于無機(jī)納米材料合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

二氧化鈦?zhàn)鳛榻?jīng)典的半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的光電性能、良好的耐酸堿性、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于太陽能電池、光催化、分析傳感等領(lǐng)域。眾所周知，材料的性能與其形貌、尺寸密切相關(guān)。在不同形貌的二氧化鈦中，三維立體結(jié)構(gòu)具有表面積大，光吸收和光散射性好，電子傳輸容易等優(yōu)點(diǎn)，使其在太陽能電池領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。同時(shí)，二氧化鈦的制備方法也多種多樣。目前報(bào)道的二氧化鈦的制備方法主要有：溶劑熱法、溶膠-凝膠法、陽極氧化法等，成功制備了不同形貌的二氧化鈦納米材料。其中溶劑熱法由于具有操作簡(jiǎn)單，成本低，尺寸形貌可控等優(yōu)點(diǎn)，是制備二氧化鈦納米材料常用的方法。目前，在三維立體二氧化鈦材料制備過程中，通常需要多步驟反應(yīng)，而且反應(yīng)條件苛刻，因此提高了技術(shù)難度，形貌的重現(xiàn)性不好，有時(shí)還會(huì)用到有毒試劑和模板劑，造成環(huán)境污染，無法實(shí)現(xiàn)無毒無害一步制備三維立體二氧化鈦的目的。

近年來，柔性鈣鈦礦太陽能電池備受關(guān)注，而且所用的柔性基底也得到了越來越多的關(guān)注。目前常用的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）和金屬箔片柔性基底已滿足不了需求，急需尋找一種廉價(jià)、來源豐富的新型柔性基底材料。紙，因其具有廉價(jià)、質(zhì)輕、柔性可折疊、來源豐富、可降解等特點(diǎn)是一種極具潛力的柔性基底。本發(fā)明首次提供了一種一步制備紙基三維立體二氧化鈦納米材料的方法，過程中不需要加入表面活性劑或模板劑，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便快捷、低成本、環(huán)保的制備紙基三維立體二氧化鈦納米材料的目的，也使得紙基鈣鈦礦太陽能電池成為可能，為基于二氧化鈦柔性鈣鈦礦太陽能電池器件奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在紙基底上生長(zhǎng)三維立體二氧化鈦納米材料的方法，該方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)。

本發(fā)明通過以下實(shí)驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)：

a. 處理紙基底：選用GE Healthcare Worldwide （中國(guó)上海浦東）公司的Whatman chromatography paper ＃2號(hào)紙作為紙基底，將其大小裁剪為邊長(zhǎng)是2.00 cm的正方形；采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在紙基底表面印刷一層銀電極以使其導(dǎo)電，并將其表面打磨光滑；

b. 沉積二氧化鈦種子層：選用脈沖激光沉積法在步驟a中得到的紙基底上沉積一層納米二氧化鈦種子層；

c. 配制二氧化鈦前驅(qū)體溶液：稱取草酸鈦鉀，將其溶解于超純水中，磁力攪拌5 min后加入一縮二乙二醇，將混合溶液磁力攪拌5 min；

d. 生長(zhǎng)三維立體二氧化鈦：將步驟c中攪拌均勻的溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，并將步驟b中處理好的紙基底放入內(nèi)襯中，封閉擰緊反應(yīng)釜，置于預(yù)熱的180 ℃烘箱內(nèi)反應(yīng)，待反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，將紙基三維立體二氧化鈦取出并用無水乙醇和超純水徹底清洗，最后置于60 ℃烘箱干燥。

步驟b中沉積的納米二氧化鈦種子層厚度為40~100 nm。

步驟c中的草酸鈦鉀的質(zhì)量為0.1~1 g。

步驟c中超純水的體積為1~10 mL。

步驟c中一縮二乙二醇的體積為10~20 mL。

步驟d中反應(yīng)時(shí)間為4~10 h。

本發(fā)明使用具有原料豐富、廉價(jià)易得、柔性可折疊等優(yōu)點(diǎn)的紙作為基底，并且該方法操作簡(jiǎn)單、成本低、后處理簡(jiǎn)便、過程中不使用任何分散劑或表面活性劑，對(duì)環(huán)境無污染。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說明制備紙基三維立體二氧化鈦納米材料的方法，按照本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施，給出具體的實(shí)施方式：

首先將GE Healthcare Worldwide （中國(guó)上海浦東）公司的Whatman chromatography paper ＃2號(hào)紙裁剪邊長(zhǎng)是2.00 cm的正方形，然后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在紙基底表面印刷一層銀電極以使其導(dǎo)電，并將其表面打磨光滑；利用脈沖激光沉積法在修飾銀電極之后的紙基底表面沉積一層厚度為40~100 nm的二氧化鈦種子層；稱取0.1~1 g草酸鈦鉀，將其溶解于1~10 mL的超純水中，磁力攪拌5 min之后加入10~20 mL的一縮二乙二醇，將混合溶液再磁力攪拌5 min，最后將攪拌均勻的溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，并且將沉積有二氧化鈦種子層的紙基底放入內(nèi)襯中，封閉擰緊反應(yīng)釜，置于預(yù)熱的180 ℃烘箱內(nèi)反應(yīng)4~10 h。反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，將紙基三維立體二氧化鈦取出并用無水乙醇和超純水徹底清洗，置于60 ℃烘箱干燥。