[发明专利]一种Zn掺杂TiO2

摘要

本发明公开了一种Zn掺杂TiO2纳米晶光阳极的制备方法，具体操作步骤如下：将设定摩尔比的金属Ti粉与Zn粉溶解于盐酸溶液制备Ti离子与Zn离子溶液、制备Zn掺杂TiO2前驱体、制备Zn掺杂TiO2纳米晶、制备Zn掺杂TiO2纳米晶浆料、制备量子点敏化Zn掺杂TiO2纳米晶光阳极。本发明的工艺简单、成本低廉、可规模化、重复性好，整个工艺中最关键的两个技术是：金属Ti与Zn在酸中溶解制备前驱体离子；获得具有良好分散性Zn掺杂TiO2纳米晶的退火工艺。采用本发明制备的光阳极通过Zn掺杂减小TiO2材料的带隙、提高电子传输特性，从而提高电池的光电转换性能。

主权项

1.一种Zn掺杂TiO2纳米晶光阳极的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施，步骤1：制备Ti与Zn离子溶液步骤1.1：将Ti粉用去离子水和乙醇超声清洗，将Zn粉用去离子水和乙醇超声清洗，然后再将清洗后的Ti粉和Zn粉分别在干燥箱中烘干至去离子水与乙醇完全蒸发；步骤1.2：按照摩尔比为0‑0.5:1称取经过步骤1.1处理的Zn粉和Ti粉混合，得到混合金属粉；步骤1.3：将所述混合金属粉分散在质量浓度为20‑30％的HCl溶液中，在室温的条件下静置5‑7天，直至不再产生气泡，获得酸性Ti‑Zn离子溶液，最后用去离子水将所述Ti‑Zn离子溶液稀释5‑10倍，得到稀释溶液；步骤2：制备Zn掺杂TiO2前驱体步骤2.1：配制1mol/L的碱性溶液，并在磁力搅拌下将所述碱性溶液加入到所述稀释溶液中，所述碱性溶液与稀释溶液体积比为2‑2.5:1，直到不再产生蓝色沉淀时停止加入与搅拌，得到蓝色乳状液；步骤2.2：将所述蓝色乳状液静置5‑7天，生成白色沉淀；步骤2.3：将所述白色沉淀采用去离子水离心清洗，直至清洗完后的去离子水PH降至6.5‑7.5，获得Zn掺杂TiO2前驱体；步骤3：制备Zn掺杂TiO2纳米晶步骤3.1：称取Zn掺杂TiO2前驱体，将所述Zn掺杂TiO2前驱体均匀的分散到无水乙醇中，得到前驱体乙醇液；步骤3.2：称取乙基纤维素与松油醇，将所述乙基纤维素与松油醇溶解在无水乙醇中，得到混合溶液A；步骤3.3：在磁力搅拌下将所述混合溶液A加入步骤3.1所述前驱体乙醇液中，搅拌3‑4天之后，得到混合溶液B，将所述混合溶液B置于60‑70℃的水浴中搅拌至无水乙醇完全挥发，然后将剩余物转移到坩埚中，在400‑500℃的马弗炉中退火4‑6h后自然冷却至室温，最后将退火得到的粉末研磨3‑4h，获得Zn掺杂TiO2纳米晶；步骤4：制备Zn掺杂TiO2纳米晶浆料步骤4.1：称取所述Zn掺杂TiO2纳米晶加入到无水乙醇中，通过8‑10次间隔超声、搅拌之后再加入松油醇，继续2‑4次间隔超声、搅拌，得到混合浆料；步骤4.2：再次称取乙基纤维素，并将所述乙基纤维素溶解在无水乙醇中，得到乙基纤维乙醇液，将所述乙基纤维乙醇液加入步骤4.1得到的混合浆料中，经过2‑4次的超声和搅拌，再经过6‑8天的搅拌后，在60‑80℃的水浴中搅拌直至无水乙醇完全挥发，获得Zn掺杂TiO2纳米晶浆料；步骤5：制备量子点敏化Zn掺杂TiO2纳米晶多孔膜及光阳极步骤5.1：在附有TiO2致密层的FTO导电玻璃上采用丝网印刷技术涂覆一层所述Zn掺杂TiO2纳米晶浆料，然后在空气中放置8‑10min，等浆料流动平衡后放入60‑80℃的烘干箱中加热5‑10min，将上述涂覆Zn掺杂TiO2纳米晶浆料的步骤循环4次，最后将涂覆的Zn掺杂TiO2纳米晶浆料膜放入马弗炉中，以3℃/min的速率从室温升温到450℃退火30‑35min，获得Zn掺杂TiO2纳米晶多孔膜；步骤5.2：采用SILAR法在Zn掺杂TiO2纳米晶多孔膜表面沉积CdS/CdSe/ZnS量子点，获得用于电池的光阳极。