[发明专利]一种制备二氧化钛纳米花阵列薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备二氧化钛纳米花阵列薄膜的方法，尤其是热水环境中非晶二氧化钛纳米线自组装制备纳米花阵列的方法。

背景技术

由于来源广泛、环境友好、生物相容性好，以及优良的结构稳定性，二氧化钛薄膜在光催化、光电催化、薄膜太阳能电池等环境修复和新能源领域都有着广泛的应用。纳米结构二氧化钛由于其高的比表面积和特殊的结构尺寸效应，在上述应用中表现出优异的性能。目前已有大量的0～3维纳米结构（纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米花等）二氧化钛制备及其应用的报道。在3维纳米花结构二氧化钛制备方面，已有采用TiCl₄的水解反应制备纳米花结构二氧化钛粉末的报道；采用磁控溅射Ti金属涂层在盐酸气氛中140℃热氧化，也可以在表面获得纳米花结构二氧化钛阵列。 CN1807258也公开了一种钛金属在含硝酸和四氮六甲圜的双氧水溶液中反应制备二氧化钛纳米花阵列薄膜的技术。但上述方法中，后续热处理会引起晶粒长大及比表面积下降现象，并且纳米花尺寸不可控。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、结晶良好、尺寸可控的制备二氧化钛纳米花阵列薄膜的方法。

本发明制备二氧化钛纳米花阵列薄膜的方法，包括以下步骤：

1）将质量百分比浓度为50～55%的氢氟酸、质量百分比浓度为65～68%的硝酸与去离子水按体积比1：3：6混合，得酸洗液；

2）在质量百分比浓度为30%的双氧水溶液中添加0.34～0.45摩尔/升的硝酸和0.016～0.024摩尔/升的三聚氰胺，得到反应液；

3）将金属钛基板在上述酸洗液中清洗后，再用去离子水超声波清洗，然后浸入反应液中60～80℃下反应60～72小时。

4）将反应后的钛片取出，用去离子水清洗后，置于60～80℃热水中，用硫酸调节热水pH值到1.0～2.8，反应60～90小时后取出，用去离子水清洗，干燥，得到二氧化钛纳米花阵列薄膜。

本发明中，随热水pH值和反应时间不同，可以调节二氧化钛纳米花的尺寸。

本发明方法简便易行，完全避免了后续热处理过程引起的晶粒长大及比表面积下降现象，制备过程不需要模板和催化剂，无污染，成本低，得到的薄膜与钛基板结合牢固，结晶度好，光催化活性高。可广泛应用在光催化、光电催化、薄膜太阳能电池、气体传感器、生物材料等众多领域。

附图说明

图1为实施例1制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图2为实施例1制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜的X射线衍射图，图中A：锐钛矿；R：金红石；Ti：钛；

图3为实施例2制备的钛片表面覆盖二氧化钛纳米花阵列薄膜的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图4为实施例3制备的钛片表面覆盖二氧化钛纳米花阵列薄膜的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图5为实施例4制备的钛片表面覆盖二氧化钛纳米花阵列薄膜的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图6为实施例4制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜的X射线衍射图，图中A：锐钛矿；R：金红石；Ti：钛；

图7为实施例5制备的钛片表面覆盖二氧化钛纳米花阵列薄膜的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图8为实施例6制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜的高倍场发射扫描电子显微镜照片；

图9为实施例3制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜辅助光催化降解水中罗丹明B浓度随时间的变化曲线。

图10为实施例5制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜辅助光催化降解水中罗丹明B浓度随时间的变化曲线。

图11为实施例6制备的二氧化钛纳米花阵列薄膜辅助光催化降解水中罗丹明B浓度随时间的变化曲线。

具体实施方式

以下结合实施例进一步阐述本发明。但本发明不仅仅局限于下述实施例。

实施例1

1）将质量百分比浓度为55%的氢氟酸、质量百分比浓度为65%的硝酸与去离子水按体积比1：3：6的比例混合，得酸洗液。

2）将尺寸为5×5×0.01（cm³）的金属钛板用上述混合酸在60℃温度下酸洗，然后将其用去离子水在超声波中清洗干净。

3）50毫升浓度为30%双氧水溶液中依次添加1.0毫升浓度为63%的硝酸和100毫克三聚氰胺，得反应液。

4）将清洗干净的金属钛板浸没于50毫升反应液中，在80℃下反应60小时，反应结束后用去离子水清洗。