[发明专利]一种制备掺氮二氧化钛多孔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛多孔膜的制备技术，更具体地，本发明涉及通过分子层沉积（MLD）形成掺氮二氧化钛多孔膜的方法。

背景技术

二氧化钛（TiO₂）薄膜因具有光催化活性强、价格低廉、环境友好等优点，在太阳能电池、有机物光催化降解、传感、自清洁材料等领域具有广阔的应用前景。目前制备TiO₂薄膜的方法主要有液相沉积、溶胶-凝胶、磁控溅射、化学气相沉积和原子层沉积等方法。其中，原子层沉积（ALD）是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种方法（技术）。ALD具有薄膜生长厚度在原子级别精确可控、台阶覆盖性极佳、重复性好、薄膜与基底材料结合力强等优点，特别适合于超薄薄膜的生长，在纳米技术和半导体器件的制备中具有各种应用。运用原子层沉积技术生长氧化钛膜，已经有了较多的研究，但所制备的薄膜都是非孔薄膜，比表面积小，严重影响其光催化活性，并且由于TiO₂的带隙较宽（锐钛矿型TiO₂为3.2 eV），只对紫外光具有响应，因而限制了TiO₂光催化材料的应用。

发明内容

为了克服现有ALD技术制备TiO₂膜存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种利用分子层沉积（MLD）技术制备具有可见光催化活性和高比表面积的掺氮二氧化钛多孔膜的方法。

为了得到多孔的沉积膜，可在沉积过程引入有机分子，先沉积得到有机-无机复合膜，这种沉积技术也叫分子层沉积（MLD）。将上述有机-无机膜中有机组分除去即可得到多孔的无机膜。　　

MLD是一种先进的薄膜技术，可在基底材料表面均匀沉积上保形的薄膜，工艺简单，厚度可控，并可通过选择含特定功能团的有机分子对膜材料进行功能化，与传统方法相比具有突出的优势。

本发明所采用的技术方案是：

（1）将基底材料放入原子层沉积设备的反应腔，使用惰性气体氮气吹扫5－10 min，然后进行沉积；

设定的MLD 沉积参数为：

反应温度80－400 oC；

反应源：采用TiCl₄或Ti(OCH(CH₃)₂)₄为钛源，乙醇胺和丙二酰氯为有机前体，Ti(OCH(CH₃)₂)₄源温为60 ^oC，乙醇胺源温为80 ^oC，TiCl₄和丙二酰氯源温都为室温；

载气：10－100 sccm的高纯氮气；

脉冲、憋气和吹扫时间：首先将TiCl₄或Ti(OCH(CH₃)₂)₄蒸汽脉冲送入沉积室，脉冲时间为0.01－0.5 s，憋气时间为5－10 s，吹扫时间为10－120 s；然后将乙醇胺蒸汽脉冲送入沉积室，脉冲时间为0.1－1 s，憋气时间为5－10 s，吹扫时间为60－150 s；接着将丙二酰氯蒸汽脉冲送入沉积室，脉冲时间为0.1－1 s，憋气时间为5－10 s，吹扫时间为60－150 s；最后再次将乙醇胺蒸汽脉冲送入沉积室，脉冲时间为0.1－1 s，憋气时间为5－10 s，吹扫时间为60－150 s，此即完成一次沉积循环，重复此沉积循环即在基底材料表面得到不同厚度的含钛有机-无机复合膜；

（2）将步骤（1）得到的表面沉积了含钛有机-无机复合膜的基底材料在空气，氧气或惰性气氛中在350－800 ^oC高温处理1－2 h，除去含钛有机-无机复合膜中有机组分,得到在基底材料表面沉积有掺氮二氧化钛多孔膜的复合材料。

本发明还可以将上述步骤（2）得到的复合材料进行处理（剥离、焙烧、酸洗和碱洗等），除去基底材料，可得到掺氮二氧化钛多孔材料。

如上所述的基底材料是硅片、多孔氧化铝膜、氧化铜纳米线、碳纳米螺旋等表面有羟基或缺陷位的材料。