[发明专利]一种在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法，适用于在光催化、光电催化和薄膜太阳能电池光阳极等应用领域。

背景技术

二氧化钛来源丰富，化学性质稳定、耐光腐蚀，在光催化、光电催化和薄膜太阳能电池等领域都有着潜在的应用。纳米有序结构二氧化钛薄膜由于其特殊的尺寸效应，具有高的比表面积、丰富的表面催化活性，以及优异的电子迁移性能，在上述应用中表现出了优异的光电性能。近四十年来，已出现了多种在导电玻璃、陶瓷和金属基板上沉积纳米线、纳米棒等纳米有序结构二氧化钛薄膜的技术。但是，这些技术或者需要复杂的模板或模板剂，或者需要高温高压等特殊环境、或者需要昂贵难处理的化学试剂、电化学装置等，大多不适用于批量化生产，从而成为制约纳米有序结构二氧化钛薄膜产业化应用的关键因素之一。

目前，已有在金属钛板表面沉积纳米棒（CN1740392）、纳米线（CN101508463）及纳米花（CN1807258）等纳米有序结构二氧化钛薄膜的技术。

但是，无法在钛丝网上获得纳米棒阵列薄膜。

由于二氧化钛纳米棒阵列具备一些独特的光电性能，在钛丝网上沉积二氧化钛纳米棒阵列具有重要的意义。目前，已有采用电化学阳极氧化技术在钛丝网上沉积二氧化钛纳米管阵列薄膜的报道，但是，还没有采用溶液直接氧化法在钛丝网上沉积二氧化钛纳米棒阵列薄膜的报道。和钛板相比较，钛丝网具有更大的比表面积，表面负载二氧化钛纳米棒有序阵列的钛丝网在涉及光电转换领域中应用时将具有更为优异的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、快速制备在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法。

本发明的在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法，采用的是溶液直接氧化法，有以下三种技术解决方案：

方案1

在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法，包括以下步骤，以下所述浓度为质量百分比浓度：

1) 将浓度为50～55%的氢氟酸、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) 在浓度为20%～30%的双氧水溶液中添加10～20ml/L的硝酸和10～15g/L的六次甲基四胺，得反应液；

3) 将金属钛丝网表面用步骤1)的酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗，然后浸没于步骤2) 的反应液中，于60～80℃下反应48～72 h；

4) 反应后的钛丝网用去离子水清洗，干燥后，置于用盐酸调节的pH值1.0~3.0的60～80℃热水中或者置于60～80℃热水中，反应48～72 h后取出，用去离子水清洗，干燥，得到表面负载二氧化钛纳米棒阵列的钛丝网。

方案2

在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法，包括以下步骤，以下所述浓度为质量百分比浓度：

1) 将浓度为50～55%的氢氟酸、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) 在浓度为20%～30%的双氧水溶液中添加10～20ml/L的硝酸和1～10g/L三聚氰胺，得反应液；

3) 将金属钛丝网表面用步骤1)的酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗，然后浸没于步骤2) 的反应液中，于60～80℃下反应48～72 h；

4) 反应后的钛丝网用去离子水清洗，干燥后，置于用盐酸调节的pH值1.0~3.0的60～80℃热水中，反应48～72 h后取出，用去离子水清洗，干燥，得到表面负载二氧化钛纳米棒阵列的钛丝网。

方案3

在钛丝网表面负载二氧化钛纳米棒阵列的方法，包括以下步骤，以下所述浓度为质量百分比浓度：

1) 将浓度为50～55%的氢氟酸、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) 将金属钛丝网表面用上述酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗，然后浸没于浓度为10%～20%的双氧水溶液中，于60～80℃下反应48～72 h；

3) 反应后的钛丝网用去离子水清洗，干燥后，置于80℃热水中，反应48～72 h后取出，用去离子水清洗，干燥，得到表面负载二氧化钛纳米棒阵列的钛丝网。

上述三种方案得到的负载在钛丝网表面的二氧化钛纳米棒阵列为结晶的锐钛矿和金红石混合相结构，纳米棒的平均直径为50～120纳米，长度约400～600纳米。

本发明中，随反应液组成和热水pH值的不同，均可在钛丝网上得到形貌均匀的二氧化钛纳米棒阵列。