一种改性二氧化钛双层纳米薄膜的制备方法与流程

技术领域：

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种改性二氧化钛双层纳米薄膜的制备方法。

背景技术：
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随着世界化石燃料的日益枯竭和全球环境恶化的加剧，能源问题成为制约当前社会发展的重要因素。目前科学家们正在努力寻找和开发新能源，比如太阳能、风能、核能、氢能、生物能等。而太阳能是一种取之不竭、用之不尽的可持续能源，每秒到达地球表面的太阳能相当于13亿个500兆瓦的发电厂。因此，开发和利用太阳能是人类从根本上解决能源和环境问题的最理想的途径之一，比如太阳能发电、太阳能分解水制氢等。然而，不管是太阳能发电还是光解水制氢，光电极都是这两种体系中最核心的组成部分。

目前，对于光电极，尤其是光阳极的研究得最多的是二氧化钛材料，最初的太阳能电池的阳极材料是二氧化钛薄膜，这种二氧化钛是p25颗粒刮涂在导电玻璃上得到的光电极，然而，这种光电极与导电基底之间的结合力并不是太好，并且纳米颗粒成无序状态排列，导致光生电子空穴传输路径比较长，限制了光电转换效率。后来有人报道了二氧化钛有序阵列薄膜用于太阳能电池，尽管阵列结构降低了光生电子空穴对的传输路径，但是，其比表面积并不是太大，限制了染料的吸附。另外，从能带调控的角度去设计材料，可以提高其光电转换效率。但是目前很难集多种优点于一体，即比表面积大的同时电荷传输路径短，另外对于其合成条件的繁琐性也限制了这种材料的实际应用。

技术实现要素：
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本发明旨在提供一种改性二氧化钛双层纳米薄膜的制备方法，该方法提供水热法制备镧掺杂的二氧化钛双层纳米薄膜，该方法克服传统改性二氧化钛薄膜制备方法复杂的问题，无需特殊的机械设备并且原料简单、价廉易得。

本发明所提供的改性二氧化钛双层纳米薄膜的制备方法的具体步骤如下：

(1)前驱体溶液的配制：

将钛酸四丁酯、盐酸、六水合硝酸镧按比例溶解在水溶液中搅拌均匀得到前驱体溶液；

(2)基底材料的选择：

选择特定规格的导电玻璃；

(3)制备水热法生长镧掺杂的二氧化钛双层纳米薄膜：

将步骤(1)得到的前驱体溶液转移到水热釜中，放入所述导电玻璃，关闭水热釜，置于烘箱中，水热反应温度为100-200℃，水热反应时间为1-24h后停止加热，待冷却至室温时，取出样品，用溶剂冲洗，烘干得到改性二氧化钛双层纳米薄膜。

所述盐酸的质量浓度为35％-37％。

所述六水合硝酸镧的量为0.036-0.18g。

所述钛酸四丁酯的量为0.36-1.8ml。

所述导电玻璃为fto导电玻璃，方阻为14ω，所述fto导电玻璃置于水热釜中时导电面朝下。

所述水热釜为不锈钢外壳，聚四氟乙烯内衬，容量为180ml。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明所述方法制备出的镧掺杂的二氧化钛具有纳米棒阵列结构，同时上层又有纳米花簇，且纳米花簇是由不同长度的纳米棒组成的，且这些结构均为单晶材料，因此，使其具有更快的电子传输效率，并且具有较大的比表面积，另外，镧的掺杂可以调控其能带，所以此材料具有更好的光电性能。

2、本发明所用前驱体材料均廉价易得。

3、本发明不需要特殊的技术设备，简单易行，一步水热法即可，重复性好。

附图说明：

图1为本发明实施例1制备的镧掺杂的二氧化钛双层纳米薄膜的扫描电镜图。

图2为本发明实施例3制备的镧掺杂的二氧化钛双层纳米薄膜光电流数据图。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，通过以下实施例进行说明。

实施例1：

镧掺杂的二氧化钛双层纳米薄膜的制备：

将fto(20mm×10mm)先后在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，除去表面吸附的油脂及其它杂质，然后将其水平(导电面朝下)放入容积为180ml的反应釜中，依次加入浓46.8mlhcl(35％～37％)、54ml去离子水、1.08ml钛酸四丁酯和0.072g六水合硝酸镧，密封，放入烘箱中，在150℃保持12h。反应结束后，自然冷却至室温(大约需要4h)，取出fto用去离子水反复冲洗，室温下自然干燥。

实施例2：

将fto(20mm×10mm)先后在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，除去表面吸附的油脂及其它杂质，然后将其水平(导电面朝下)放入容积为180ml的反应釜中，依次加入浓46.8mlhcl(35％～37％)、54ml去离子水、1.08ml钛酸四丁酯和不同量的六水合硝酸镧(分别为0.036g、0.072g、0.108g、0.18g)，密封，放入烘箱中，在150℃保持12h。反应结束后，自然冷却至室温(大约需要4h)，取出fto用去离子水反复冲洗，室温下自然干燥。

实施例3：

将fto(20mm×10mm)先后在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，除去表面吸附的油脂及其它杂质，然后将其水平(导电面朝下)放入容积为180ml的反应釜中，依次加入浓46.8mlhcl(35％～37％)、54ml去离子水、1.08ml钛酸四丁酯和0.072g六水合硝酸镧，密封，放入烘箱中，在150℃保持不同时间(分别为1h、6h、12h、24h)。反应结束后，自然冷却至室温(大约需要4h)，取出fto用去离子水反复冲洗，室温下自然干燥。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种改性二氧化钛双层纳米薄膜的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。首先将钛酸四丁酯、盐酸、六水合硝酸镧按比例溶解在水溶液中在玻璃器皿中配制成前驱体溶液，然后将其转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，接着将导电玻璃放入其中，在一定的温度下保持一定时间即可。本发明制备的镧掺杂的二氧化钛双层纳米薄膜，与导电玻璃连接的是纳米棒阵列，上层是单晶纳米花，表现出优良的光电性能。

技术研发人员：张婷婷;林鹏
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2017.12.22
技术公布日：2018.05.15