[发明专利]一种低成本制备ZnO&TiO2异质结薄膜的方法

说明书

一种低成本制备ZnO&TiO₂异质结薄膜的方法，属于异质结薄膜制备技术领域。本发明以TiO₂纳米管阵列为基底，通过浸泡的方式使醋酸锌前驱液进入纳米管内部，再经热处理使醋酸锌在纳米管内原位热分解，并以TiO₂纳米管为模板在管壁内外形成ZnO&TiO₂异质结。本发明方法操作简单，成本低，可实现大规模工业化生产，得到的异质结的光催化性能相对于TiO₂纳米管阵列薄膜有显著地增强。

技术领域

本发明属于异质结薄膜制备技术领域，具体涉及一种低成本制备ZnO&TiO₂异质结薄膜的方法。

背景技术

近年来，环境污染问题日益严重，能源创新迫在眉睫。在这种形势下，纳米结构的半导体具有广阔的发展空间和需求。纳米金属氧化物具有优异的光学和电学性能，在清洁、可循环利用的能源中已有广泛应用。其中，ZnO作为一种重要的n型宽带隙半导体材料，在室温和高温下可实现激子复合发光，是一种理想的光伏器件材料；而TiO₂作为一种宽禁带半导体，具有优异的物理化学稳定性，有序TiO₂阵列作为光电电极时，会产生直接的导电通道，具有更高的电荷收集效率。如果将ZnO和TiO₂纳米材料复合形成异质结结构，将二氧化钛的高反应活性和氧化锌的高电子迁移率结合在一起，则能有效提高电子和空穴在导带和价带之间的转移，使异质结结构具有更大的光响应范围和更高的光收集效率。

目前，复合异质结通常采用水热法、旋涂法、静电纺丝法和溶胶-凝胶法制备。然而，现有方法存在反应条件苛刻，成本难以控制，得到的异质结质量均一性差等问题，限制了现有方法的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单高效且能实现规模化生产的ZnO&TiO₂异质结薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低成本制备ZnO&TiO₂异质结薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用阳极氧化法制备锐钛矿型的TiO₂纳米管阵列薄膜；

步骤2、将醋酸锌加入去离子水中，配制得到浓度为0.2～1mol/L的醋酸锌前驱液；然后将步骤1制得的TiO₂纳米管阵列薄膜浸泡于醋酸锌前驱液中，浸泡时间为5～10s，使前驱体充分进入纳米管内部，取出，干燥；

步骤3、将步骤2处理后的样品置于管式炉内，在450～500℃温度下热处理1～3h，醋酸锌在TiO₂纳米管内受热分解，反应完成后，随炉自然冷却至室温，取出，即可得到所述ZnO&TiO₂异质结薄膜。

进一步地，步骤1所述采用阳极氧化法制备锐钛矿型的TiO₂纳米管阵列薄膜的具体过程为：

1.1将氟化物加入醇类溶剂和去离子水形成的混合溶剂中，搅拌混合均匀，得到氟化物的质量百分比为0.3wt％～0.5wt％的含氟电解液；

1.2将金属钛片依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗，烘干待用；

1.3将步骤1.2清洗干净的金属钛片平行放置，作为阳极和阴极，步骤1.1配制的含氟电解液作为电解液，采用阳极氧化法在阳极的金属钛片上制备TiO₂纳米管阵列薄膜，其中，阳极氧化电压为55～60V，阳极氧化的时间为1～2h；