[发明专利]亚微米孔隙结构二氧化钛薄膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种二氧化钛薄膜，尤其涉及一种具有亚微米(零点几个微米)孔隙结构的二氧化钛薄膜，及其制备方法。

背景技术：

二氧化钛(TiO₂)不仅具有很宽的价带能级和很高的光催化活性，且具有无毒、性质稳定、耐化学腐蚀和光腐蚀等突出优点，故而成为光催化剂的研究热点，成为最有发展潜力的一种光催化剂，在诸如废水处理、空气净化、石油污染物的清除、抗菌、超级亲水抗雾等有机物降解方面均得到广泛的应用(王机，张凤宝，张前程.化学工业与工程，2004，21(4)：248-253；Peill N J，Hoffmann M R.Environ.Sci.Technol，1996，30：2806-2812；Anderson A，Bard A J.Catalysis Today，2006，87：77-86.)。

尽管二氧化钛是一种优良的光催化剂，但由于粉体微粒催化剂在实际应用中存在光吸收利用率低，在悬浮相中难于分离回收且易凝聚，气-固相光催化过程中则催化剂易被气流带走等缺点，在实际污染治理时使得该项技术的实际应用受到限制，从而制约了二氧化钛光催化剂的产业化(品岩，费学宁，姜远光.环境与保护，2004，(3)：53-54；王祖，张凤宝，张前程.化学工业与工程，2004，21(4)：248-253.)。固定催化剂的负载化技术是解决这一难题的有效途径(王祖，张凤宝，张前程.化学工业与工程，2004，21(4)：248-253；Peill N J，Hoffmann M R.Environ.Sci.Technol，1996，30：2806-2812.)，也是调变活性组分和催化体系设计的理想形式(王祖，张凤宝，张前程.化学工业与工程，2004，21(4)：248-253；RachelA，SubrahmsnyamM，Boule P.Applied Catalysis B：Environmental，2002，37(4)：301-308.)。因此，后期对于二氧化钛光催化剂的研究一般都是将其制备为载体上的薄膜。

光催化剂在载体上的负载方法主要有气相法、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、粉体烧结法、偶联粘结法、离子交换法、液相沉积法、水解沉积法、掺杂法、直接浸涂热分解法和交联法等(王祖，张凤宝，张前程.化学工业与工程，2004，21(4)：248-253.)，其中溶胶-凝胶法可多次重复以增加二氧化钛的膜厚，所得负载二氧化钛膜具有较高的光催化活性和较好的牢固性，且分布均匀。该法工艺简单、条件温和、工艺可调控，且适于复杂形状载体上的负载，是目前最常用的方法(Hou X G，Gu X N，Hu Y，Liu A D.Nuclear Instruments& Methods in Physics Research B，2006，251(2)：429～434；侯兴刚.博士学位论文，北京：北京师范大学，2007；柳丽芬，董晓艳，杨凤林.无机化学学报，2008，24(2)：3-5.)。

负载二氧化钛光催化剂的活性主要取决于二氧化钛催化膜的表面状态，包括表面积和表面粗糙度等因素，而表面状态与催化剂的吸附作用和吸光效率有着密切的关系(王祖，张凤宝，张前程.化学工业与工程，2004，21(4)：248-253；Li X Z，Li F B，Yang C L.Journal of Photochemistry and Photobiology A，2007，192：105-113.)。文献[沈杭燕，张晋霞，唐新硕.化学物理学报，2001，14(4)：497-500.]研究发现，如果制得的二氧化钛薄膜表面较粗糙，比表面积较大，则催化活性就较大。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有亚微米(零点几个微米)孔隙结构的高比表面二氧化钛薄膜及其制备方法。该二氧化钛光催化膜首先由成熟的溶胶-凝胶法制备(参见图1)，然后采用常规的离子注入的方式，将具有一定动能的高速离子态粒子轰击二氧化钛膜层。通过这些高速粒子的轰击作用，在受击二氧化钛膜层上产生大量的亚微米孔隙，这些孔隙拓展出所得光催化膜的内部表面(参见图2)。

本发明的二氧化钛光催化膜由纳米粒子组成(参见图1(b))，呈多孔结构，孔隙尺度在亚微米级(零点几个微米)的范围，且分布比较均匀(参见图2)。这些孔隙增加了体系的总体表面积。

未用本发明的造孔方法，由其他条件完全相同的常规溶胶-凝胶工艺所得的二氧化钛薄膜，具有比较“平整”的膜层结构，当然也具有更少的总体表面积(对照图1(a)和图2(a))。

附图说明：