[发明专利]交流电沉积法制备氧化亚铜/二氧化钛核壳结构阵列薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明是关于氧化亚铜/二氧化钛核壳结构阵列薄膜的制备方法，尤其涉及交流电沉积法制备一维氧化亚铜/二氧化钛核壳结构阵列薄膜的方法。

背景技术

半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促进化合物的合成或使化合物降解的过程称之为光催化。TiO₂在光照下被激发产生的空穴/电子对具有很高的氧化能力，因此具有较好的光催化性能。但是由于TiO₂的带隙较宽，光吸收仅局限于波长较短的紫外区，仅占太阳光谱的5％，从而限制了对太阳能的利用。将窄禁带半导体与TiO₂复合形成异质结，可以有效扩大TiO₂对太阳光谱中可见光的吸收，提高太阳能利用率。Cu₂O的带隙能为1.9eV，能够有效吸收太阳光中的可见光，并且Cu₂O是p型半导体，当Cu₂O与n型TiO₂复合后可以形成p-n异质结，光生电子将向TiO₂的导带上聚集，而光生空穴则向Cu₂O的价带上聚集，使光生载流子得到有效分离，提高了光催化性能。

大量研究表明无序纳米Cu₂O/TiO₂异质结薄膜作为光电极时，其光电转换效率较低，而采用有序取向的阵列结构则能有效地提高电子-空穴的界面分离和载流子的定向传输效率，在光电催化领域有着重要的应用前景。因此，开展Cu₂O/TiO₂阵列薄膜制备研究是十分有意义的工作。

目前制备Cu₂O/TiO₂阵列薄膜主要采用电沉积法将Cu₂O颗粒沉积到TiO₂纳米管阵列内部，但由于TiO₂纳米阵列主要利用阳极氧化法制备，导致TiO₂纳米管与Ti基片中间存在具有二极管单向导通特性的阻挡层，所以采用通常的直流电沉积方式，只在TiO₂管口处生长Cu₂O，不能形成有效Cu₂O/TiO₂核壳结构阵列。如果希望Cu₂O沉积在TiO₂管内，只能先将此阻挡层去除，再采用直流电沉积的方法，但该方法工艺较复杂，易破坏TiO₂纳米管阵列结构。因此，高效制备Cu₂O/TiO₂核壳结构阵列薄膜是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的是克服直流电沉积法制备Cu₂O/TiO₂核壳结构阵列薄膜过程中Cu₂O颗粒沉积在TiO₂纳米管阵列管口处的缺点，首次采用交流电沉积制备Cu₂O，消除了TiO₂纳米管与Ti基片中间阻挡层的单向导通作用，以此控制Cu₂O颗粒在TiO₂纳米管中的沉积位置，实现在15℃下1200～1600mV交流电压下制备具有核壳结构异质结型Cu₂O/TiO₂纳米管阵列薄膜的方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。

(1)采用阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列薄膜

在搅拌条件下，先将NH₄F溶解于水中，搅拌均匀后，再加入丙三醇与二甲基亚砜，然后将混合溶液搅拌1h，得到稳定的透明溶液，其中水、二甲基亚砜与丙三醇的体积比为1∶1∶8，NH₄F加入量为水、二甲基亚砜与丙三醇重量的0.5％；

以上述溶液为电解液，将经过清洗的Ti片做阳极，Pt片做阴极，室温下加直流电40V氧化2h后，将Ti片取出，用去离子水清洗后，获得无定形一维纳米TiO₂纳米管阵列薄膜；

然后在马弗炉中以2℃min^-1的速度升温至550℃，保温1h后，随炉冷却至室温，制得TiO₂纳米管阵列薄膜；

(2)采用交流电沉积的方法制备一维Cu₂O/TiO₂核壳结构阵列薄膜