一种多孔二氧化钛薄膜及其制备方法与流程

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种多孔二氧化钛薄膜及其制备方法。

背景技术：

多孔TiO₂电极一般采用电解-剥离-粘贴的方法得到，但是存在粘附不牢的缺点。目前多数通过电解钛片得到多孔TiO₂薄膜或者TiO₂纳米管阵列薄膜，并将其应用于太阳能电池中以提高光伏效应。为了便于在太阳能电池方面的应用，电解得到的TiO₂薄膜需要从钛片基底上剥离再粘贴在透明的FTO或者ITO导电玻璃上，采用这种方法很难得到大块完整的多孔TiO₂薄膜或者TiO₂纳米管，粘贴在导电玻璃上的TiO₂薄膜或者TiO₂纳米管薄膜也不牢固。在光催化反应中，将TiO₂粉体加入污水中进行光催化后TiO₂难以回收，容易对水体造成二次污染。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种多孔二氧化钛薄膜及制备方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种多孔二氧化钛薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)材料的预处理

把钛片剪成丝状，超声清洗，其中超声清洗的溶剂依次分别为丙酮、无水乙醇、蒸馏水，将清洗后的钛片于烤箱中，烘干，备用；

(2)真空蒸发镀膜

称取0.2-0.6g的钛，在压强为3.0×10^-3Pa、蒸发电流为240A的环境下，以洁净的导电玻璃(FTO/glass)为载体，在真空蒸发系统中镀膜，得到Ti/FTO/glass，在压强为3.0×10^-3Pa、温度为500℃的环境下退火，冷却；

(3)多孔二氧化钛薄膜的制备

将步骤(2)得到的Ti/FTO/glass在5-30V的电压下电解完成后在450-600℃的环境下退火，即得。

进一步地，所述步骤(1)每种溶剂的超声时间均为10min。

进一步地，所述步骤(1)的烘烤温度为80℃。

进一步地，所述步骤(2)钛的质量为0.4g。

进一步地，所述步骤(2)的退火时间为30min，温度为500℃。

进一步地，所述步骤(3)的电解液为0.3mol/L的氟化铵的乙二醇溶液，所述电压为20V。

进一步地，所述步骤(3)中待Ti/FTO/glass电解至浅灰色时取出退火。

进一步地，所述步骤(3)的退火时间为30min，退火温度为500℃。

另一方面，提供了一种多孔二氧化钛薄膜，所述多孔二氧化钛薄膜是由上述制备方法制备而成。

有益效果：与现有技术相比，本发明所述技术方案在导电玻璃上得到了粘附牢固的多孔TiO₂薄膜，本发明所述的TiO₂多孔薄膜，TiO₂粘附在FTO/glass衬底上，使用完毕之后有利于回收，有效避免了对水体造成的二次污染。

附图说明

图1是本发明实施例提供的FTO/glass上的多孔二氧化膜表面图；

图2是本发明实施例提供的FTO/glass上的多孔二氧化钛薄膜截面图；

图3是发明实施提供的BFO/TiO₂/FTO/glass的XRD图；

图4是发明实施提供的BFO/TiO₂/FTO/glass的截面图

图5是发明实施1提供的BFO/TiO₂/FTO/glass与BFO/FTO/glass各自的光电流与暗电流的对照图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

(1)材料的预处理

把钛片剪成丝状，放在丙酮中用克力超声振荡器中超声10min后，用无水乙醇在克力超声振荡器中超声10min后，用蒸馏水在克力超声振荡器中超声10min，得到光亮的钛，在烤箱中80℃烘干，备用。

(2)真空蒸发镀膜

称取0.4g的钛，放入JS-300Z型高真空蒸发镀膜系统中。在压强为3.0×10^-3Pa、蒸发电流为240A的环境下，把钛蒸镀到洁净的FTO/glass上。把Ti/FTO/glass在压强为3.0×10^-3Pa、温度为500℃的环境下，退火30min，冷却。

(3)多孔二氧化钛薄膜的制备

配置氟化铵为溶质、乙二醇为溶剂配置0.3mol/L的氟化铵的乙二醇电解液。Ti/FTO/glass在5V(电压升高的速率5V/30S)的电压下电解，待仅有少量的Ti剩下时取出，此时Ti呈灰色。在500℃的环境下退火30min，得到透明的多孔TiO₂薄膜。

(4)多孔二氧化钛薄膜的应用

以TiO₂/FTO/glass为基底，将其作为光阳极应用在太阳能电池中。将具有光伏效应的材料BiFeO₃沉积到多孔TiO₂薄膜中，既能及时导出太阳光激发出的载流子，也能增大太阳光的吸收，进而提高太阳能电池的光伏效应。

我们用溶胶-凝胶法在TiO₂/FTO/glass基底上制备铁酸铋(BFO)薄膜BFO/TiO₂/FTO/glass。

在图3中我们分别观察到了TiO₂和BiFeO₃的峰，说明我们的TiO₂和BiFeO₃都结晶良好。

将图4和图1、图2对比，我们可以看出BiFeO₃完全填充了二氧化钛的空隙，有效的增大了BiFeO₃与TiO₂的接触面积。图4中我们对比BFO/TiO₂/FTO/glass与BFO/FTO/glass的光伏效应，发现前者的光伏效应是后者的几百倍，多孔的二氧化钛薄膜极大的提高了BFO的光伏效应。

实施例2

(1)材料的预处理

把钛片剪成丝状，放在丙酮中用克力超声振荡器中超声10min后，用无水乙醇在克力超声振荡器中超声10min后，用蒸馏水在克力超声振荡器中超声10min，得到光亮的钛，在烤箱中80℃烘干，备用。

(2)真空蒸发镀膜

称取0.2g的钛，放入JS-300Z型高真空蒸发镀膜系统中。在压强为3.0×10^-3Pa、蒸发电流为240A的环境下，把钛蒸镀到洁净的FTO/glass上。把Ti/FTO/glass在压强为3.0×10^-3Pa、温度为500℃的环境下，退火30min，冷却。

(3)多孔二氧化钛薄膜的制备

配置氟化铵为溶质、乙二醇为溶剂配置0.3mol/L的氟化铵的乙二醇电解液。Ti/FTO/glass在30V(电压升高的速率5V/30S)的电压下电解，待仅有少量的Ti剩下时取出，此时Ti呈灰色。在450℃的环境下退火30min，得到透明的多孔TiO₂薄膜。

(4)多孔二氧化钛薄膜的应用

把TiO₂/FTO/glass作为电极用于新型有机钙钛矿结构太阳能电池的应用，比如用TiO₂/FTO/glass作光阳极，将甲胺碘铅旋涂到多孔的TiO₂中，可以增加甲胺碘铅的吸光性。

实施例3

(1)材料的预处理

把钛片剪成丝状，放在丙酮中用克力超声振荡器中超声10min后，用无水乙醇在克力超声振荡器中超声10min后，用蒸馏水在克力超声振荡器中超声10min，得到光亮的钛，在烤箱中80℃烘干，备用。

(2)真空蒸发镀膜

称取0.6g的钛，放入JS-300Z型高真空蒸发镀膜系统中。在压强为3.0×10^-3Pa、蒸发电流为240A的环境下，把钛蒸镀到洁净的FTO/glass上。把Ti/FTO/glass在压强为3.0×10^-3Pa、温度为500℃的环境下，退火30min，冷却。

(3)多孔二氧化钛薄膜的制备

配置氟化铵为溶质、乙二醇为溶剂配置0.3mol/L的氟化铵的乙二醇电解液。Ti/FTO/glass在20V(电压升高的速率5V/30S)的电压下电解，待仅有少量的Ti剩下时取出，此时Ti呈灰色。在600℃的环境下，退火30min，得到透明的多孔TiO₂薄膜。

(4)多孔二氧化钛薄膜的应用把TiO₂/FTO/glass多孔薄膜作为电极用于光催化，可以降解如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等，由于TiO₂纳米粒子在FTO衬底上有较好的粘附性，TiO₂多孔薄膜结构既具有粉体接触面积大的优点，又具有薄膜可回收的优点。

本发明所述的多孔TiO₂薄膜还可以作为电极应用在电化学工艺中，如电解水、原电池，催化剂的反应容器，将催化剂涂到多孔TiO₂薄膜中，然后放入待催化的发反应物中，极大的增加了催化剂与反应物的接触面积，提高了反应速率。

以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，本发明不仅限于此，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些和润饰也应视为本发明的保护范围。