[发明专利]一种多孔花瓣状的锐钛矿TiO2

说明书

本发明涉及纳米材料制备以及光电化学技术领域，具体是公开了一种多孔花瓣状的锐钛矿TiO₂纳米晶薄膜及其制备方法，采用水热合成和高温晶化法制备了一种多孔的花瓣状锐钛矿TiO₂纳米晶薄膜，所制备薄膜由多孔TiO₂纳米晶组成，比表面积大，光生电子空穴复合几率低；TiO₂纳米晶薄膜为锐钛矿相，光生空穴氧化能力强；TiO₂纳米晶薄膜由Ti基底直接水热生长而成，与基底结合良好，既具有较低的电荷迁移电阻，也不易产生薄膜的脱落。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备以及光电化学技术领域，具体是公开了一种多孔花瓣状的锐钛矿TiO₂纳米晶制备及其制备方法。

背景技术

TiO₂是一种常用的半导体纳米材料，自1972年被发现具有光催化效应以来， TiO₂就因为其光催化活性高，物理化学稳定性好，生物无毒性等优势而广泛被科研工作者研究。TiO₂半导体纳米材料在紫外光照射下，位于价带(VB)上电子 (e^-)被激发而跃迁至其导带(CB)，价带上留下空穴(h⁺)，二者形成光生电子 -空穴对。其中所生成的部分光生电子被水中的溶解氧捕获，从而生成强氧化性的超氧离子(·O₂^-)；空穴本身也具有很强的氧化性，他可以将H₂O分子或者OH^-氧化成羟基自由基(·OH)，羟基自由基，超氧离子，以及空穴三者都具有非常强的氧化性。具体在光催化应用领域来说，其光反应过程中所生成的光生电子可以用于光解水制氢，众所周知，氢能是公认的清洁能源，对于未来低碳世界的实现有着不可或缺的重要作用；另基于TiO₂半导体纳米材料优异的氧化性，可以将环境中的有机污染物降解成CO₂、H₂O以及其它无机小分子等，故TiO₂半导体纳米材料在有机污染物降解等环境保护领域也有着广泛的应用。因此，基于其优异的光催化性能，使得它在光催化剂领域有着众多良好的应用前景。但是在实际应用中，TiO₂纳米材料由于其自身电子-空穴对复合率极高，严重制约了其光催化性能。目前，常用的TiO₂改性的方法有贵金属沉积，窄带隙半导体复合以及离子掺杂等，但是这些改性方法，存在着自身的缺陷，例如价格昂贵、复合程度不均匀以及带来二次污染等。基于TiO₂半导体纳米材料合成过程中改性的研究，对于提高TiO₂半导体纳米材料在实际应用中的性能有着重要作用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于：提供一种光电化学性能优异的多孔花瓣状锐钛矿TiO₂纳米晶及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种多孔花瓣状的锐钛矿TiO₂纳米晶薄膜，该薄膜由多孔TiO₂纳米晶组成，比表面积大，光生电子空穴复合几率低；TiO₂纳米晶薄膜为锐钛矿相，光生空穴氧化能力强；TiO₂纳米晶薄膜由Ti基底直接水热生长而成，与基底结合良好，既具有较低的电荷迁移电阻，也不易产生薄膜的脱落。

一种多孔花瓣状的锐钛矿TiO₂纳米晶薄膜的制备方法，采用水热合成和高温晶化法制备，具体步骤如下：

(1)将钛片依次置于丙酮、去离子水、酒精、去离子水中进行超声表面清洗，将清洗后的钛片置于38-42℃的烘箱内烘干保存；

(2)将步骤(1)处理后的钛片置于含有HF酸溶液的聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应得到TiO₂纳米晶薄膜；

(3)将TiO₂纳米晶薄膜清洗后进行高温晶化处理，获得多孔花瓣状的锐钛矿TiO₂纳米晶薄膜。