[发明专利]一种耐光腐蚀的二氧化钛/硒化镉/石墨烯薄膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种耐光腐蚀的二氧化钛/硒化镉/石墨烯复合薄膜制备方法，是根据石墨烯优良的导电和光学性能，通过阳极氧化法在钛片上制备TiO₂纳米管薄膜，采用电化学法制备二氧化钛/硒化镉薄膜，再在二氧化钛/硒化镉薄膜上旋涂制成二氧化钛/硒化镉/石墨烯薄膜，产物为暗红色膜状，薄膜由TiO₂纳米管组成，纳米管均匀致密，排列布整齐，管径≤100nm，CdSe颗粒呈纳米球状，颗粒直径≤20nm；石墨烯薄膜附着在CdSe纳米颗粒上部；在可见光照射下产生0.2mA/cm²的光电流，有石墨烯覆盖的电极光电流衰减速度慢，说明石墨烯起到了抗光腐蚀的作用，可在光伏产品中使用。

主权项

1.一种耐光腐蚀的二氧化钛/硒化镉/石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：使用的化学物质为：氟化铵、石墨粉、酒石酸钠、二氧化硒、氯化镉、乙二醇、盐酸、硫酸、高锰酸钾、过氧化氢、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0.5g±0.001g，量取乙二醇98mL±0.001mL、去离子水2mL±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TiO2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TiO2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40min，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TiO2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TiO2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TiO2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，加热至450℃，保温120min，然后随炉冷却至25℃，在钛片上生成TiO2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TiO2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TiO2纳米管阵列薄膜上沉积CdSe，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0.194g±0.001g、二氧化硒0.044g±0.001g、氯化镉2.284g±0.001g，量取去离子水100mL±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TiO2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CdSe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；(3)制备二氧化钛/硒化镉/石墨烯薄膜二氧化钛/硒化镉/石墨烯复合薄膜的制备是用石墨烯水溶液，在二氧化钛/硒化镉薄膜表面旋涂制备的；①制备氧化石墨烯量取硫酸70mL±0.001mL倒入烧杯中，称取石墨粉3g±0.001g，在冰水浴和搅拌条件下倒入硫酸中；称取高锰酸钾9g±0.001g缓慢倒入烧杯中，保持溶液温度≤20℃；持续搅拌30min；加入去离子水150mL，同时保持水温90℃,持续搅拌15min；再加入去离子水500mL稀释；最后添加过氧化氢15mL±0.001mL，溶液颜色由暗棕色变为亮黄色；将氧化的溶液进行离心分离，倒掉上清液，用盐酸清洗留下的氧化石墨烯；重复上述清洗过程10次，最后离心分离取出氧化石墨烯；干燥成氧化石墨烯粉末；②称取氧化石墨烯粉末0.01g±0.001g，用去离子水10mL溶解成氧化石墨烯水溶液，添加氨水0.1mL±0.001mL，再添加水合肼0.014mL±0.001mL；在50℃加热搅拌1h，再静置12h，得到石墨烯水溶液；③将二氧化钛/硒化镉平置于旋涂机上，在表面滴加并均匀涂敷石墨烯水溶液，静置1min使其润湿，以2000r/min的转速进行旋涂；④真空热处理将二氧化钛/硒化镉/石墨烯薄膜置于石英容器中，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，加热温度250℃，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/石墨烯复合薄膜；(4)检测、分析、表征对制备的二氧化钛/硒化镉/石墨烯复合薄膜的形貌、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/石墨烯复合薄膜进行形貌分析；用电化学工作站对二氧化钛/硒化镉/石墨烯复合薄膜进行瞬时光电流响应分析；结论：二氧化钛/硒化镉/石墨烯复合薄膜为暗红色膜状，薄膜底部由TiO2纳米管组成，管径≤100nm，管壁上附着有CdSe纳米颗粒，颗粒直径≤20nm，石墨烯薄膜附着在CdSe纳米颗粒上部，在可见光照射下产生0.2mA/cm2的光电流，有石墨烯覆盖的电极光电流衰减速度慢，说明石墨烯薄膜起到了抗光腐蚀的作用；(5)产物储存对制备的二氧化钛/硒化镉/石墨烯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％。