[发明专利]二氧化钛分子团簇分散体系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料和太阳能电池材料技术领域，更为具体地，涉及光催化氧化/还原材料和染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池的光电极材料及其制备方法。

背景技术

二氧化钛原材料来源丰富、无毒环保，是近二三十年来在光催化和光伏领域被研究得最多的材料之一。二氧化钛的先进性和巨大的发展潜力存在于在三方面：1)光催化特性；2)光诱导电荷分离特性；3)纳米特性。光催化和光诱导电荷分离特性的应用载体以粒径20～30nm锐钛矿型二氧化钛纳米晶为主，这也是目前二氧化钛纳米特性开发利用的一个限度。在前两方面的特性都被广泛深入地开发研究的现状下，唯有在第三方面，即纳米特性上还存在一个未开发实际应用的领域——二氧化钛的分子团簇状态。

在量子力学和量子化学领域，已对二氧化钛分子团簇的进行了理论研究，主要集中在探索染料敏化太阳能电池中染料分子与纳米晶二氧化钛相互作用的研究阶段，计算模拟出了二氧化钛分子团簇的原子/分子结构和电子结构相关信息。P.Persson等报道了(TiO₂)₃₈团簇的尺寸约1.5nm，M.Pastore等则展示了(TiO₂)₃₈团簇主要暴露晶面为(101)晶面系的平板状分子结构。R.Sánchez-de-Armas等计算了(TiO₂)₃₈和(TiO₂)₉两种分子团簇的基态能带结构，并认为(TiO₂)₉已经足够大到具备了合适的能带结构去实现染料-TiO₂体系的分子吸附和电子转移。事实上，尺寸在1～2nm之间的(TiO₂)₃₈分子团簇一直以来都被作为染料-TiO₂体系的理想模型。M.Gra¨tzel及其研究者以(TiO₂)₃₈分子团簇为染料分子-TiO₂相互作用的代表，探索减小电子损失的的途径。M.J.Lundqvist等用密度泛函理论系统计算了尺寸1～2nm的TiO₂分子团簇的能带结构和分子结构模型，认为该尺度范围的(TiO₂)_n分子团簇主要为n＝16,28,38,46,60,68；而尺寸大于1.2nm的(TiO₂)₁₆分子团簇就已经形成了准晶体的电子结构——完全填满的价带和完全空的导带，价带和导带之间被不含任何杂质能级的带隙分隔开。可见，作为晶体的雏形，TiO₂分子团簇已具备了晶体的能带结构特征，即已具有了其特殊的光电化学性质，且在电子结构上呈现零缺陷状态，对光伏系统来说，是一种理想的电子接收、转移和传输物质；对于光催化体系来说，应具有极高的催化效率。只是由于粒度过小，在其合成和制备成大面积固体材料方面存在技术上的困难，因此没有被实际应用。

因此，本发明提供一种合成二氧化钛分子团簇分散体系的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种二氧化钛分子团簇分散体系及其制备方法，以解决制备二氧化钛分子团簇技术上困难的问题。

本发明提供一种二氧化钛分子团簇分散体系，包括粒径为1nm～5nm且具有准晶体有序结构的二氧化钛和酸性水溶液；其中，二氧化钛的浓度为0.00001g/mL～0.01g/mL，酸性水溶液的H⁺浓度为5.4×10^-6mol/mL～0.0002mol/mL。

此外，优选的方案是，所述二氧化钛的浓度为0.00001g/mL，所述酸性水溶液的H⁺浓度为1.6×10^-5mol/mL。

此外，优选的方案是，所述二氧化钛的浓度为0.01g/mL，所述酸性水溶液的H+浓度为5.4×10^-5mol/mL。

此外，优选的方案是，所述二氧化钛的浓度为0.0024g/mL，所述酸性水溶液的H⁺浓度为5.4×10^-6mol/mL。

此外，优选的方案是，所述二氧化钛的浓度为0.0024g/mL，所述酸性水溶液的H⁺浓度为0.0002mol/mL。