[发明专利]一种分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的制法及其产品和用途

说明书

技术领域

本发明涉及纳米结构二氧化钛阵列薄膜的制法，及其制得的分支纳米结构二氧化钛在光催化环境治理等领域中的应用。

背景技术

由于价格便宜，无毒而一且原料易得、化学稳定性好，具有很强的抗光腐蚀性等原因，二氧化钛在光催化、光电催化、薄膜太阳能电池、气体传感器等能源与环境领域有着广泛的应用。纳米结构二氧化钛由于具有合适的禁带宽度，其光催化活性、降解有机物的深度与选择性和光量子产率均较一般二氧化钛有较大的提高。与零维纳米颗粒材料相比，纳米线、纳米棒、纳米管等一维纳米结构具有较高的比表面积，更好的空间电荷分离效应，同时提高一维纳米结构的结晶度能为电荷转移提供快速、直接的路径，大大减少电子空穴的复合率。目前，已有科研工作者利用水热法在FTO上的得到分布较为完整的二氧化钛纳米棒阵列；采用热水处理在90℃也可以实现微孔纳米棒薄膜到介孔纳米棒薄膜的转变。

申请人之前公布了一种在钛金属基板上大面积制备纳米线阵列薄膜的方法(发明专利号：CN200910096796.4)。我们最近的研究发现，将上述方法制备的纳米线阵列薄膜浸没于富含钛离子的溶液中特定时间后，可以制得具有分支纳米结构的二氧化钛阵列薄膜。这种方法简单、易行，成本低，制备的分支结构纳米阵列结构新颖、尺寸可控，可保持定向规则形貌，结晶良好。获得的分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜具有显著的光催化降解水中有机污染物的能力。

发明内容

本发明的技术方案如下：

一种分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的制法，它包括以下步骤：

1)将质量百分比浓度为50～55％的氢氟酸、质量百分比浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1∶3∶6混合，得酸洗液；

2)在质量百分比浓度为30％的双氧水溶液中添加硝酸至硝酸浓度为0.29摩尔/升的和添加六次甲基四胺至浓度为0.014摩尔/升，得到反应液I；

3)在质量百分比浓度为30％的双氧水溶液中添加硝酸至硝酸浓度为0.22～0.29摩尔/升和添加三聚氰胺至三聚氰胺的浓度为0.016～0.024摩尔/升，得到反应液II；

4)将金属钛基板在步骤1所述的酸洗液中清洗数秒后，再用去离子水在超声波清洗器中清洗干净，然后浸入反应液I中，80℃下反应48小时，将反应后的钛片取出，剩余溶液经静置、沉淀、过滤并离心分离沉淀后，得到前驱液；

5)另取金属钛基板在步骤1所述酸洗液中清洗数秒后，再用去离子水在超声波清洗器中清洗干净，然后浸入步骤3制得的反应液II中，60～80℃下反应60～72小时；

6)将步骤5反应后的钛片取出，用去离子水清洗并干燥后置于马弗炉中，450℃下热处理1小时，随炉冷却；

7)将步骤6热处理后的钛片置于步骤4制得的前驱液中，80℃下反应6～72小时后取出，用去离子水清洗，干燥，在金属钛基板上得到具有分支纳米结构的二氧化钛阵列薄膜。

一种上述制法制得的分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜。

上述的分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜在光催化降解水中有机污染物中的应用。

本发明的分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的制法不需要模板或催化剂，简便易行，无严重污染，成本低，得到的薄膜与基底结合牢固，随二次沉积的时间不同，分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜尺寸精确可控，光催化活性高。

附图说明

图1为实施例1制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的高倍(a)和低倍(b)场发射扫描电子显微镜照片；

图2为实施例1制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的X射线衍射图，X射线衍射图中，A：锐钛矿，R：金红石，S：锆钛矿，Ti：钛；

图3为实施例2制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的高倍(a)和低倍(b)场发射扫描电子显微镜照片；

图4为实施例2制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的X射线衍射图，X射线衍射图中，A：锐钛矿，R：金红石，S：锆钛矿，Ti：钛；

图5为实施例3制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的高倍(a)和低倍(b)场发射扫描电子显微镜照片；

图6为实施例3制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的X射线衍射图，X射线衍射图中，A：锐钛矿，R：金红石，S：锆钛矿，Ti：钛；

图7为实施例4制备的表面覆盖分支纳米结构二氧化钛阵列薄膜的钛片的高倍(a)和低倍(b)场发射扫描电子显微镜照片；