[发明专利]一种多孔二氧化钛单晶材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种多孔二氧化钛单晶材料及其制备方法和应用，所述多孔二氧化钛单晶材料中含有10nm～1000nm的孔。所述多孔二氧化钛单晶薄膜及体块的致密性好，结合牢固。该晶体材料的制备方法操作简单、重复性好、价格低廉、可规模化生产。二氧化钛作为最重要的半导体之一，已被广泛应用在光催化、太阳能电池、传感器等领域。

技术领域

本申请涉及一种多孔二氧化钛单晶材料及其制备方法和应用，属于无机材料领域。

背景技术

二氧化钛是一种具有宽禁带的半导体材料，它具有优良的化学稳定性和热稳定性，良好的介电性质、电荷传送和光催化特性，抵抗电化学腐蚀特性等。二氧化钛每一种晶型都表现出不同的性质。锐钛矿和金红石型纳米二氧化钛在已被广泛应用到光催化、太阳能电池、发光材料、电子器件等领域。

多孔二氧化钛在光催化，电化学能源存储及太阳能电池领域具有重要的应用。光催化剂纳米粒子在一定的波长的光线照射下受激生成电子-空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化-还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。在光催化技术领域中，所采用的半导体光催化剂大多是n型半导体材料，尤其是以二氧化钛材料使用最为广泛。锐钛矿型二氧化钛是一种宽禁带半导体，具有活化性高、稳定性好、物理和化学性质稳定、光催化性能优异、价格低廉等特点。

在制备太阳能电池的光阳极方面，基于烧结或者压实的锐钛矿纳米粒子作为光阳极材料的根本缺点是材料的电子迁移率相比单晶急剧下降。这源于大量的晶界以及缺乏电荷向背电极的直接传输通道。换言之，长得电子扩散路径(随机的游离通过粒子网络)被引入颗粒结构中。结果烧结锐钛矿纳米颗粒层的电子迁移率比锐钛矿型二氧化钛单晶低6～8个数量级。目前制备的多孔二氧化钛电极，都是基于无定型或者多晶的二氧化钛粉末，晶界众多，表面的终止原子不确定。因此，有必要提供一种制备大尺寸纳米多孔二氧化钛单晶晶体的方法，来为光催化领域和电化学领域提供优质的大尺寸的纳米多孔二氧化钛单晶材料。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种多孔二氧化钛单晶材料，所述多孔二氧化钛单晶材料具有大尺寸，多孔结构，以解决上述背景技术中的问题。

本申请涉及一种大尺寸多孔二氧化钛单晶材料的制备方法，该方法主要是以磷酸钛氧钾单晶(KTiOPO₄，以下简称KTP)或者钛酸锌(Zn₂TiO₄，以下简称ZTO)单晶为衬底，通过分解反应，制备多孔二氧化钛单晶材料。制备多孔二氧化钛单晶的方法：将KTP单晶或者ZTO单晶衬底置于高温含不同组分的气氛中，通过一定速率的升温加热结晶生成多孔二氧化钛单晶。与现有技术相比，本申请中所述的多孔二氧化钛单晶材料中含有10nm～1000nm的孔，且制得的多孔二氧化钛单晶薄膜及体块的致密性好，结合牢固。此外，所述晶体材料的制备方法操作简单、重复性好、价格低廉可规模化生产。二氧化钛作为最重要的半导体之一，已被广泛应用在光催化、太阳能电池、传感器等领域。

所述多孔二氧化钛单晶材料，其特征在于，所述多孔二氧化钛单晶材料中含有10nm～1000nm的孔。

可选地，所述多孔二氧化钛单晶材料中含有20nm～1000nm的孔。

可选地，所述多孔二氧化钛单晶中的孔为连通多孔。

可选地，所述二氧化钛单晶包括锐钛矿型二氧化钛单晶、金红石型二氧化钛单晶。

可选地，所述多孔二氧化钛单晶材料中含有10nm～500nm的孔。

可选地，所述多孔二氧化钛单晶的表面为多孔二氧化钛单晶的(100)面、(110)面、(101)面、(001)面中的至少一面。

可选地，所述多孔二氧化钛单晶材料为多孔二氧化钛单晶薄膜和/或多孔二氧化钛单晶晶体。