納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種火柴狀T12納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列的方法，特別是涉及一種在T12納米棒表面制備T1 2納米顆粒，形成復(fù)合納米陣列結(jié)構(gòu)的方法，屬于納米材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]2009年Liu Bin等人首次報道了水熱法在透明導(dǎo)電玻璃基底上制備一維1102納米棒陣列，并將這種納米棒陣列應(yīng)用在有機(jī)染料敏化太陽能電池中作為工作電極。(BinLiu, Eray S.Aydil, Journal of the American Chemical Society.2009, 131,11:3985-3990.Growth of oriented single-crystalline rutile T12 nanorods ontransparent conducting substrates for dye-Sensitized solar cells)相比車交傳統(tǒng)的納米顆粒材料，一維半導(dǎo)體納米陣列結(jié)構(gòu)可以為載流子傳輸提供直接通道，減少傳輸電阻和載流子復(fù)合，并且能夠增大入射光的散射效果，提高光吸收效率。因而將一維半導(dǎo)體納米陣列結(jié)構(gòu)作為工作電極可廣泛應(yīng)用在染料敏化太陽能電池、光催化及光解水制氫等光電器件中。為進(jìn)一步改善一維T12納米棒陣列的形貌及結(jié)構(gòu)特性，2011年，Wang Hua等人報道了用T12納米顆粒作種子骨架，生長了樹枝型T12納米棒陣列，增大了陣列的比表面積并研宄了它們在染料敏化太陽能電池方面的應(yīng)用情況(Hua Wang, Yusong Bai, Q1ng Wu,Wei Zhou, Hao Zhang, Jinghong Li, Lin Guo, Physical Chemistry Chemical Physics,2011, 13, 7008-7013.Rutile T12nano-branched arrays on FTO for dye-sensitizedsolar cells)。同年P(guān)an Hao等人報道了通過化學(xué)刻蝕制備中空！！(^納米棒陣列結(jié)構(gòu)，增大了陣列的比表面積。(Hao Pan, Jieshu Qian, Ang Yu, Meigui Xu, Luo Tu, QingliChai, Xingfu Zhou, Applied Surface Science, 2011, 257, 5059-5063.T12 wedgynanotubes array fIims for photovoltaic enhancement)上述工作都集中在增大陣列的比表面積上，而對T12納米棒陣列的光學(xué)吸收性質(zhì)并沒有改善。到目前為止，還未見有人報道過既能增大T12納米棒陣列比表面積，又能拓寬其光吸收范圍的研宄工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種火柴狀T12納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列的制備方法，旨在提高T12納米棒陣列的比表面積和拓寬光吸收范圍，將這種復(fù)合陣列作為工作電極，可有效提高有機(jī)染料敏化太陽能電池、光催化、光解水制氫等光電器件的效率。具體方法為:首先用水熱法制備在氟摻雜氧化錫(fluorine-doped tin oxide，簡稱FT0)透明導(dǎo)電玻璃上制備出二氧化鈦納米棒陣列；然后，以高純金屬Ti作為濺射靶材，通過直流磁控濺射法，在制備好的二氧化鈦納米棒頂端表面沉積Ti納米顆粒，最后通過空氣中的退火晶化，形成火柴狀Ti 02納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列。
[0004]本發(fā)明是采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。一種火柴狀1102納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列的制備方法，包括以下步驟:
步驟(I).選用厚度為1.2mm的氟摻雜氧化錫(fluorine-doped tin oxide，簡稱FT0)透明導(dǎo)電玻璃，裁剪成1.5cmX 5cm的長方塊，用異丙醇、丙酮和去離子水的混合溶液(體積比為1:1:1)將FTO導(dǎo)電玻璃超聲清洗30min，取出用去離子水沖洗后再用乙醇超聲清洗15min，最后取出FTO導(dǎo)電玻璃用去離子水沖洗干凈放入烘箱，在60°C烘干備用；
步驟(2).用量筒量取25 ml的去離子水和25 ml重量百分比為36.5%_38%的濃鹽酸，混合攪拌5 min，加入0.5 g的鈦酸四丁醋(分析純)，繼續(xù)攪拌5 min，得到前驅(qū)溶液。
[0005]步驟(3).將清洗干凈烘干的FTO導(dǎo)電玻璃放入容量為10ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯罐中，再將步驟(2)中配制好的前驅(qū)溶液倒入內(nèi)襯罐中，將內(nèi)襯罐裝進(jìn)不銹鋼外套封閉好，放入鼓風(fēng)烘箱中，在150°C加熱4?1011，得到1.5?3 ym垂直生長的T12納米棒陣列；
步驟(4).以步驟(3)中生長在FTO導(dǎo)電玻璃上的T12納米棒陣列作為基片，采用直流磁控濺射方法，以高純Ti (99.99%)作為靶材，在T12納米棒陣列表面沉積納米顆粒，制備出火柴狀的1102納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列。濺射本底真空為6X10-6 Torr，濺射氣壓為5mTorr?1mTorr，派射功率為50W-200W，派射時間為30_60min，革E基距20cm，襯底自傳速度為6轉(zhuǎn)/分，沉積溫度為室溫。制備好的復(fù)合陣列再用430°C在空氣中退火60min即得到晶化了的火柴狀1102納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列。
[0006]本發(fā)明的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于:
1、用本發(fā)明提供的制備工藝所獲得的一種火柴狀T12納米顆粒和納米棒復(fù)合陣列，其取向高度有序，載流子的定向傳輸效率高；而且由于納米棒頂端納米顆粒的存在，使得復(fù)合陣列的比表面積比通常的T12納米結(jié)構(gòu)明顯增加，可以增加染料吸附量、增大接觸面積。
[0007]2、本發(fā)明提供的磁控濺射法在T12納米棒頂端沉積的1102納米顆粒，其具有明顯的量子效應(yīng)，復(fù)合陣列的光學(xué)吸收邊從普通T12納米棒陣列的420 nm拓寬到了 520 nm，顯著提高了光吸收效率。
[0008]3、本發(fā)明提供的制備方法中的水熱法和磁控濺射法，其技術(shù)成熟簡單，可控性好，易于推廣。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的復(fù)合陣列掃描電子顯微鏡斷面形貌圖，可以看出T12納米顆粒聚集在1102納米棒的頂端，形成火柴狀的納米顆粒和納米棒復(fù)合陣結(jié)構(gòu)。
[0010]圖2為本發(fā)明的復(fù)合陣列掃描電子顯微鏡表面形貌圖?？梢钥闯鲈赥12納米棒的頂端沉積形成了球狀1102納米顆粒團(tuán)聚。
[0011]圖3為本發(fā)明的復(fù)合陣列光學(xué)吸收范圍和吸收效率提高比較圖。從圖中可以看出復(fù)合陣列的光學(xué)吸收范圍和吸收效率相比普通T12納米棒陣列提高了。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例一:
本發(fā)明的具體工藝步驟如下:
步驟①.選用厚度為1.2_的FTO透明導(dǎo)電玻璃，裁剪成1.5CmX5Cm的長方塊，用異丙醇、丙酮和去離子水的混合溶液(體積比為1:1:1)將FTO導(dǎo)電玻璃超聲清洗30min，取出用去離子水沖洗后再用乙醇超聲清洗15min，最后取出FTO導(dǎo)電玻璃用去離子水沖洗干凈放入烘箱，在60 °C烘干備用； 步驟②.用量筒量取25 ml的去離子水和25 ml重量百分比為36.5%_38%的濃鹽酸，混合攪拌5 min，加入0.5 g的鈦酸四丁醋(分析純)，繼續(xù)攪拌5 min，得到前驅(qū)溶液。
[0013]步驟③.將清洗干凈烘干的FTO導(dǎo)電玻璃放入容量為10ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯罐中，再將步驟②中配制好的前驅(qū)溶液倒入內(nèi)襯罐中，將內(nèi)襯罐裝進(jìn)不銹鋼外套封閉好，放入鼓風(fēng)烘箱中，在150°C加熱5h，得到在FTO表明垂直生長的T12納米棒陣列；
步驟④.以步驟③中生長在F