专利名称：多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法。
技术背景纳米二氧化钛薄膜是一种重要的功能材料，在太阳能的储存与利用、光化学转换及有 机污染物的环境处理等方面有重要的应用前景。纳米二氧化钛薄膜的制备方法众多，其中 以溶胶一凝胶法为基础的薄膜制备方法是目前研究较多的二氧化钛薄膜制备方法。这种方 法的优点是容易大面积成膜而被固定在复杂形状的基体上，目前采用溶胶一凝胶法在普通 玻璃表面制备薄膜已有文献报导；该类方法均采用钛酸丁酯等前驱体为原料，利用溶胶一 凝胶法过程制备二氧化钛溶胶，并进行涂覆，从而制备二氧化钛薄膜。这种方法需要较高 的热处理温度才能去除有机物等杂质，因此对基体材料特别是玻璃的耐热度提出要求。另一方面，由于二氧化钛禁带能隙(金红石相为3.0eV，和锐钛矿相为3.2eV)较宽， 因此只有在紫外光照射下才显示光催化活性，而对可见光的响应很弱。但是紫外光辐射对 人体有害，而且一般的使用环境不具备较强紫外光照射条件；但是可见光照射却容易实现， 因为太阳光主要成分即为可见光，而紫外成分只占5%。因此，最近几年很多研究就是希 望通过对二氧化钛进行掺杂改性或敏化，使其在可见光区也有较强的吸收，即提高其可见 光响应。有关多元素掺杂二氧化钛薄膜的研究偏少，未见相关专利及文献报道。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种多元素掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法，采用 该方法制备的二氧化钛薄膜具有可实现紫外光吸收的红移、光催化的可见光响应和无光照 抗菌等功能。为了达到以上目的，本发明提供一种多元素掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法，包括 以下步骤1)、在锐钛矿型二氧化钛溶胶中加入九水硝酸铁、硝酸银和盐酸胍固体，成混合溶液; 九水硝酸铁中的铁、硝酸银中的银、盐酸胍中的氮与锐钛矿型二氧化钛溶胶中的钛的摩尔比分别为0.08 0.8: 0.02 0.12: 6 30: 100;2) 、将上述混合溶液在水浴条件下持续磁力搅拌，搅拌时间为60 80分钟，水浴温 度为45 55'C，得到均匀的溶胶；3) 、将上述溶胶常温存放10 12天后，得陈化后溶胶；然后将上述陈化后溶胶利用 浸渍提拉法在玻璃基体上涂覆形成薄膜，成涂膜载玻片；接着将上述涂膜载玻片在80 100 "C烘干15分钟；4) 、将上述烘干后的涂膜载玻片在350 45(TC温度下热处理1小时后，得多元素共掺 杂纳米二氧化钛薄膜。作为本发明的多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法的改进步骤3)中，在玻 璃基体上连续涂覆2 4层，形成2 4层的薄膜。本发明以锐钛矿型二氧化钛溶胶为原料，引入铁离子(Fe3+)、银离子(Ag+)和氮元 素(N),从而制得掺杂元素均匀分布的二氧化钛纳米溶胶；并进一步通过浸渍提拉法，从 而得到沉积在玻璃基体上的二氧化钛薄膜。在本发明的制备方法中，铁离子和银离子分别 来自九水硝酸铁和硝酸银，而盐酸胍负责提供氮元素。锐钛矿型二氧化钛溶胶可通过CN101054202公开的方法进行配制；也可以直接购买锐 钛矿型二氧化钛，采用去离子水分散制备而得，纳米二氧化钛可购于杭州万景新材料有限 公司。本发明的制备方法是经发明人认真研究和大量试验所得到的。本发明在含有锐钕矿纳 米晶体的二氧化钛溶胶的基础上引入铁、氮、银三种元素，制备成多元素掺杂二氧化钛薄 膜，其具有可实现紫外光吸收的红移、光催化的可见光响应等功能。取本发明方法所得的载有多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的3片载玻片放入约10 12克3.0毫克/升的罗丹明 B溶液中紫外光照30分钟后，罗丹明的降解率可达40% 60%;若在太阳光下光照2.5小 时，则罗丹明的降解率可达80 85%。
具体实施方式
实施例l、 一种多元素掺杂纳米二氧化钛薄膜，具体制备方法如下1) 、取60克含有锐钛矿纳米晶体的二氧化钛溶胶，加入九水硝酸铁，使Fe与Ti的摩 尔比为0.08:100;加入硝酸银，使Ag与Ti的摩尔比为0.04:100;加入盐酸胍，使N与Ti 的摩尔比为30:100;由此得到混合溶液；2) 、将上述混合溶液在水浴条件下持续磁力搅拌，搅拌时间为60分钟，水浴温度为55°C，得到均匀澄清的溶胶；3) 、将上述溶胶常温存放10天后，得陈化后溶胶；然后将上述陈化后溶胶利用浸渍 提拉法在浸渍提拉成膜机上制备薄膜，具体为在每片玻璃基体上分别连续涂覆2 4层，形成2 4层的薄膜，从而获得涂膜载玻片；接着将上述涂膜载玻片在80 10(TC的烘箱内烘干15分钟；4) 、将上述烘干后的涂膜载玻片在350 45(TC温度下热处理1小时后，制备得到铁、 氮、银多元素掺杂的氧化钛薄膜。依照步骤1)和步骤2)制备而得的多元素掺杂二氧化钛纳米溶胶的固相含量大约为 0.5% 2%，溶胶粒径大约为30 100纳米。取步骤4)所得的载有多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的3片载玻片放入约10 12克 3.0毫克/升的罗丹明B溶液中紫外光照30分钟后，罗丹明的降解率可达40% 60%;若在 太阳光下光照2.5小时，则罗丹明的降解率可达80 85%。实施例2、 一种多元素掺杂纳米二氧化钛薄膜，具体制备方法如下1) 、取60克含锐钛矿纳米溶胶，加入九水硝酸铁，使Fe与Ti的摩尔比为0.8:100; 加入硝酸银，使Ag与Ti的摩尔比为0.02:100;加入盐酸胍，使N与Ti的摩尔比为6:100; 由此得到混合溶液；2) 、将上述混合溶液在水浴条件下持续磁力搅拌，搅拌时间为80分钟，水浴温度为 45°C，得到均匀澄清的溶胶；3) 、将上述溶胶常温存放ll天后，得陈化后溶胶；然后将上述陈化后溶胶利用浸渍提 拉法在浸渍提拉成膜机上制备薄膜，具体为在每片玻璃基体上分别连续涂覆2 4层，形成2 4层的薄膜，从而获得涂膜载玻片；接着将上述涂膜载玻片在80 10(TC的烘箱内烘干15分钟；4) 、将上述烘干后的涂膜载玻片在350 45(TC温度下热处理1小时后，制备得到铁、 氮、银多元素掺杂的氧化钛薄膜。依照步骤1)和步骤2)制备而得的多元素掺杂二氧化钛纳米溶胶的固相含量大约为 0.5% 2%，溶胶粒径大约为30 100纳米。取步骤4)所得的载有多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的3片载玻片放入约10 12克 3.0毫克/升的罗丹明B溶液中紫外光照30分钟后，罗丹明的降解率可达40% 60%;若在 太阳光下光照2.5小时，则罗丹明的降解率可达80 85%。实施例3、 一种多元素掺杂纳米二氧化钛薄膜，具体制备方法如下1) 、取60克含锐钛矿溶胶，加入九水硝酸铁，使Fe与Ti的摩尔比分别为0.4:100; 加入硝酸银，使Ag与Ti的摩尔比为0.12:100;加入盐酸胍，使N与Ti的摩尔比为10:100; 由此得到混合溶液；2) 、将上述混合溶液在水浴条件下持续磁力搅拌，搅拌时间为70分钟，水浴温度为 5(TC，得到均匀澄清的溶胶；3) 、将上述溶胶常温存放12天后，得陈化后溶胶；然后将上述陈化后溶胶利用浸渍 提拉法在浸渍提拉成膜机上制备薄膜，具体为在每片玻璃基体上分别连续涂覆2 4层，形成2 4层的薄膜，从而获得涂膜载玻片；接着将上述涂膜载玻片在80 10(TC的烘箱内烘干15分钟；4) 、将上述烘干后的涂膜载玻片在350 45(TC温度下热处理1小时后，制备得到铁、 氮、银多元素掺杂的氧化钛薄膜。依照步骤1)和步骤2)制备而得的多元素掺杂二氧化钛纳米溶胶的固相含量大约为 0.5% 2%，溶胶粒径大约为30 100纳米。取步骤4)所得的载有多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的3片载玻片放入约10 12克 3.0毫克/升的罗丹明B溶液中紫外光照30分钟后，罗丹明的降解率可达40% 60%;若在 太阳光下光照2.5小时，则罗丹明的降解率可达80 85%。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明 不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直 接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1、一种多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征是包括以下步骤1)、在锐钛矿型二氧化钛溶胶中加入九水硝酸铁、硝酸银和盐酸胍固体，成混合溶液；所述九水硝酸铁中的铁、硝酸银中的银、盐酸胍中的氮与锐钛矿型二氧化钛溶胶中的钛的摩尔比分别为0.08～0.8∶0.02～0.12∶6～30∶100；2)、将上述混合溶液在水浴条件下持续磁力搅拌，搅拌时间为60～80分钟，水浴温度为45～55℃，得均匀的溶胶；3)、将上述溶胶常温存放10～12天后，得陈化后溶胶；然后将上述陈化后溶胶利用浸渍提拉法在玻璃基体上涂覆形成薄膜，成涂膜载玻片；接着将上述涂膜载玻片在80～100℃烘干15分钟；4)、将上述烘干后的涂膜载玻片在350～450℃温度下热处理1小时后，得多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜。
2、 根据权利要求l所述的多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征是所述 步骤3)中，在玻璃基体上连续涂覆2 4层，形成2 4层的薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备方法，包括以下步骤1)在锐钛矿型二氧化钛溶胶中加入九水硝酸铁、硝酸银和盐酸胍固体，成混合溶液；2)将上述混合溶液在水浴条件下持续磁力搅拌，得均匀的溶胶；3)将上述溶胶常温存放10～12天后，得陈化后溶胶；然后利用上述陈化后溶胶制成涂膜载玻片；并进行烘干；4)将烘干后的涂膜载玻片在350～450℃温度下热处理1小时后，得多元素共掺杂纳米二氧化钛薄膜。采用本发明方法制备的二氧化钛薄膜具有可实现紫外光吸收的红移、光催化的可见光响应和无光照抗菌等功能。
文档编号C03C17/23GK101328025SQ20081012006
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者傅晓建, 张玉青, 张玲洁, 施少君, 辉 杨, 郭兴忠 申请人:浙江大学