[发明专利]火柴状TiO2纳米颗粒和纳米棒复合阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种火柴状TiO₂纳米颗粒和纳米棒复合阵列的方法，特别是涉及一种在TiO₂纳米棒表面制备TiO₂纳米颗粒，形成复合纳米阵列结构的方法，属于纳米材料领域。

背景技术

2009年Liu Bin等人首次报道了水热法在透明导电玻璃基底上制备一维TiO₂纳米棒阵列，并将这种纳米棒阵列应用在有机染料敏化太阳能电池中作为工作电极。（Bin Liu, Eray S. Aydil, Journal of the American Chemical Society. 2009, 131, 11:3985-3990. Growth of oriented single-crystalline rutile TiO₂ nanorods on transparent conducting substrates for dye-Sensitized solar cells）相比较传统的纳米颗粒材料，一维半导体纳米阵列结构可以为载流子传输提供直接通道，减少传输电阻和载流子复合，并且能够增大入射光的散射效果，提高光吸收效率。因而将一维半导体纳米阵列结构作为工作电极可广泛应用在染料敏化太阳能电池、光催化及光解水制氢等光电器件中。为进一步改善一维TiO₂纳米棒阵列的形貌及结构特性，2011年，Wang Hua等人报道了用TiO₂纳米颗粒作种子骨架，生长了树枝型TiO₂纳米棒阵列，增大了阵列的比表面积并研究了它们在染料敏化太阳能电池方面的应用情况(Hua Wang, Yusong Bai, Qiong Wu, Wei Zhou, Hao Zhang, Jinghong Li, Lin Guo, Physical Chemistry Chemical Physics, 2011, 13, 7008-7013. Rutile TiO₂ nano-branched arrays on FTO for dye-sensitized solar cells)。同年Pan Hao等人报道了通过化学刻蚀制备中空TiO₂纳米棒阵列结构，增大了阵列的比表面积。(Hao Pan, Jieshu Qian, Ang Yu, Meigui Xu, Luo Tu, Qingli Chai, Xingfu Zhou, Applied Surface Science, 2011, 257, 5059-5063. TiO₂ wedgy nanotubes array flims for photovoltaic enhancement)上述工作都集中在增大阵列的比表面积上，而对TiO₂纳米棒阵列的光学吸收性质并没有改善。到目前为止，还未见有人报道过既能增大TiO₂纳米棒阵列比表面积，又能拓宽其光吸收范围的研究工作。

发明内容

本发明提供一种火柴状TiO₂纳米颗粒和纳米棒复合阵列的制备方法，旨在提高TiO₂纳米棒阵列的比表面积和拓宽光吸收范围，将这种复合阵列作为工作电极，可有效提高有机染料敏化太阳能电池、光催化、光解水制氢等光电器件的效率。具体方法为：首先用水热法制备在氟掺杂氧化锡（fluorine-doped tin oxide，简称FTO）透明导电玻璃上制备出二氧化钛纳米棒阵列；然后，以高纯金属Ti作为溅射靶材，通过直流磁控溅射法，在制备好的二氧化钛纳米棒顶端表面沉积Ti纳米颗粒，最后通过空气中的退火晶化，形成火柴状TiO₂纳米颗粒和纳米棒复合阵列。

本发明是采用下列技术方案来实现的。一种火柴状TiO₂纳米颗粒和纳米棒复合阵列的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)．选用厚度为1.2mm的氟掺杂氧化锡（fluorine-doped tin oxide，简称FTO）透明导电玻璃，裁剪成1.5cm×5cm的长方块，用异丙醇、丙酮和去离子水的混合溶液（体积比为1:1:1）将FTO导电玻璃超声清洗30min，取出用去离子水冲洗后再用乙醇超声清洗15min，最后取出FTO导电玻璃用去离子水冲洗干净放入烘箱，在60℃烘干备用；