[发明专利]一种层叠形二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种层叠形二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜的制备方法，是根据半导体耦合后经贵金属沉积的独特结构，采用阳极氧化法在钛片上制备二氧化钛纳米管薄膜，采用电化学法制备二氧化钛/硒化镉纳米薄膜，在二氧化钛/硒化镉薄膜上镀金制成二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜，产物为暗红色膜状，薄膜由二氧化钛纳米管组成，纳米管均匀致密，排布整齐，管径≤100nm，管长≤7μm，硒化镉颗粒呈纳米球状，颗粒直径≤20nm；金颗粒附着在硒化镉纳米颗粒上部，结合牢固；二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜对紫外光和可见光有明显吸收，在带有截止λ≤420nm滤光片的100W氙灯照射下产生4mA/cm2电流，可在光水解制氢，光伏产品中使用。

主权项

一种层叠形二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜的制备方法，其特征在于：使用的化学物质为：氟化铵、金、酒石酸钠、氧化硒、氯化镉、乙二醇、盐酸、丙酮、无水乙醇、去离子水、铂片、钛片、甘汞片；其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位制备方法如下：(1)阳极氧化法制备二氧化钛薄膜①清洗钛片将钛片置于烧杯中，加入丙酮100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；将晾干的钛片置于另一烧杯中，加入无水乙醇100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；将晾干的钛片置于另一烧杯中，加入去离子水100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；②清洗铂片将铂片置于烧杯中，加入丙酮100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；将晾干的铂片置于另一烧杯中，加入无水乙醇100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；将晾干的铂片置于另一烧杯中，加入去离子水100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；③配制电解液称取氟化铵1.48g±0.001g，量取乙二醇196mL±0.001mL、去离子水4mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌15min，使其溶解，成电解液；④阳极氧化制备二氧化钛薄膜是在玻璃电解槽内进行的，在电解液内，以钛片做阳极、铂片做阴极、在直流50V电压下，在磁子搅拌过程中，在钛片上生成二氧化钛纳米管阵列薄膜；安装阳电极，在电解槽内左部位置安装阳极钛片，并由吊丝吊装；安装阴电极，在电解槽内右部位置安装阴极铂片，并由吊丝吊装；将配制的电解液加入电解槽内，电解液要淹没钛片和铂片；将磁子搅拌器置于电解槽内底部；开启直流电源，电压50V，电解液温度25℃，电解时间60min，电解过程中磁子搅拌器搅拌电解液；在电解过程中，在钛片上生成二氧化钛纳米管阵列薄膜；阳极氧化后关闭直流电源，取出钛片，用去离子水冲洗；⑤真空干燥，将钛片及其上的二氧化钛纳米管阵列薄膜置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50℃，真空度2Pa，干燥时间15min；⑥热处理，将钛片及其上的二氧化钛纳米管阵列薄膜置于石英容器中，然后置于热处理炉中，密闭；开启加热器，以2℃/min的升温速率将温度从25℃加热至450℃，保温120min，然后随炉冷却至25℃，在钛片上生成锐钛矿相的二氧化钛纳米管阵列薄膜；(2)制备二氧化钛/硒化镉薄膜用电化学沉积法制备二氧化钛/硒化镉薄膜，以钛片及其上的二氧化钛纳米管阵列薄膜为工作电极，铂片为对电极，甘汞片为参比电极，在二氧化钛纳米管阵列薄膜上沉积硒化镉，在钛片上生成二氧化钛/硒化镉薄膜；①配制电解液称取酒石酸钠0.386g±0.001g、氧化硒0.044g±0.001g、氯化镉4.56g±0.001g，量取去离子水200mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌20min，成电解液；②清洗甘汞片将甘汞片置于烧杯中，加入丙酮100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；将晾干的甘汞片置于另一烧杯中，加入无水乙醇100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；将晾干的甘汞片置于另一烧杯中，加入去离子水100mL，浸泡清洗10min，清洗后晾干；③安装电极在玻璃电解槽内，在中间位置安装参比电极甘汞片，由吊丝吊装；在玻璃电解槽内，在左部位置安装工作电极，即钛片及其上的二氧化钛纳米管阵列薄膜，并由吊丝吊装；在玻璃电解槽内，在右部位置安装对电极铂片，由吊丝吊装；④加入电解液将配制的硒化镉电解液加入玻璃电解槽内，电解液要淹没参比电极、工作电极、对电极；⑤开启电化学工作站，采用循环伏安法，电位扫描区间为‑0.9V～‑0.4V，扫描速率为0.01V/s，电解液温度25℃，电解时间300s；在工作电极钛片上生成二氧化钛/硒化镉薄膜；⑥浸泡、清洗将钛片置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，浸泡5min；然后将钛片置于另一烧杯中，加入去离子水100mL，清洗10min；清洗后晾干；⑦真空热处理将钛片置于石英容器中，然后置于真空热处理炉中，密闭；开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强恒定在2Pa；开启加热器，以2℃/min的升温速率将温度从25℃加热至200℃，保温120min；然后停止加热，随炉冷却至25℃；冷却后生成二氧化钛/硒化镉薄膜；(3)制备二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜的制备是在真空溅射仪内进行的，是在真空状态下，以金为靶源，在二氧化钛/硒化镉薄膜上镀金纳米颗粒；①打开真空溅射仪，将金靶固定在顶部的固定架上，金靶朝下；②将附着二氧化钛/硒化镉薄膜的钛片固定在真空溅射仪下部的机械转盘上，二氧化钛/硒化镉薄膜朝上；③关闭真空溅射仪，并密闭；④开启真空泵，抽取仪腔内空气，使仪腔内压强恒定在2Pa；⑤开启机械转盘，转盘转数20r/min；⑥开启金靶上部的直流电源，工作电压为100V，电流20mA，额定功率0.3KW；在钛片上生成二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜；⑦真空热处理将钛片置于石英容器中，然后置于真空热处理炉中，密闭；开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强恒定在2Pa；开启加热器，以2℃/min的升温速率将温度从25℃加热至200℃，保温时间120min；然后停止加热，随炉冷却至25℃；在钛片表面生成二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜；(4)检测、分析、表征对制备的二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜的形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；用扫描电子显微镜对二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜进行形貌分析；用X射线衍射仪对二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜进行衍射强度分析；用电化学工作站对二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜进行瞬时光响应分析；电流随电压变化分析；用紫外‑可见分光光度计对二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜进行紫外可见光吸收分析；结论：二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜为暗红色膜状，薄膜由二氧化钛纳米管组成，管径≤100nm，管长≤7μm，管壁上附着有硒化镉纳米颗粒，颗粒直径≤20nm，金颗粒附着在硒化镉纳米颗粒上部，金颗粒直径≤10nm，二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜对可见光在400‑600nm波长有明显吸收，在带有截止λ≤420nm滤光片的100W氙灯照射下产生4mA/cm2电流；(5)产物储存对制备的二氧化钛/硒化镉/金复合薄膜储存于棕色透明玻璃容器中，密闭避光储存，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。