[發明專利]一種二氧化鈦鍍膜的低溫制備方法

無效

• 申請號: 200910063181.1
• 申請日: 2009-07-14
• 公開（公告）號: CN101608330A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 張延榮;萬婧
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 李 智

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種二氧化鈦鍍膜的制備方法。

背景技術

1972年藤島(Fujishima)和本田(Honda)發表了關于二氧化鈦(TiO₂)電極上光分解水的論文(Nature，1972，238(5358)：37-39)以來，TiO₂作為一種光催化劑越來越受到人們的關注。TiO₂俗稱鈦白粉，它主要有兩種結晶形態：銳鈦礦型(Anatase)和金紅石型(Rutile)。其中銳鈦礦型TiO₂的光催化活性比金紅石型高，用于染料敏化太陽能電池的陽極材料時，其光電轉化效率更高。在一定條件下，銳鈦型TiO₂可轉化為金紅石型TiO₂。

現有制備納米TiO₂薄膜的方法是采用高溫法，比較常用的有氣相制備法、液相制備法和電化學制備法三大類。

納米TiO₂薄膜的氣相制備法主要分為化學氣相沉積法(CVD)和物理氣相法(PVD)。化學氣相沉積法是把含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物、單質氣體即反應物氣化，送入反應室內進行反應，借助氣相作用和在基片表面上的化學反應生成固體薄膜。該方法所需設備要求比較高，技術難度大、工藝復雜、成本也較高，且制得的膜微觀表面起伏不平，顆粒度大小不一，膜表面粗糙度比較大；物理氣相沉積法^[6]則是利用電弧、高頻或離子體等高溫熱源將原料加熱，使之汽化或形成等離子體，然后驟冷使之在基片上沉積來制備薄膜的一種方法。該法制膜需在真空下進行，所需的設備價格昂貴。

液相法是指在溶液中通過控制化學反應的各種條件來制備納米薄膜的方法。液相法制備TiO₂薄膜也有多種方法，如均勻沉淀法、溶膠-凝膠法、水解-沉淀法、液相沉積法以及微乳液法等。在液相法制備TiO₂薄膜過程中，成膜方法主要有浸漬法、旋轉法、濺射法。浸漬法是從溶液中勻速提升浸漬基片的方法，膜厚由溶液濃度和提拉速度控制；旋轉法是將涂膜液鋪展在水平基片上的成膜方法，膜厚隨基片的旋轉速度增加而增加；濺射法是基片以預定的速度移動，然后將溶液從一個到幾個靜止的濺射槍中噴到預熱的基片上的成膜方法；溶膠-凝膠法主要是通過合理控制反應體系的pH值、反應物濃度、反應速度等條件，將金屬醇鹽或無機鹽經水解直接形成溶膠或經解凝形成溶膠，然后使溶質聚合凝膠化，再將凝膠干燥，焙燒去除有機成分，最后得到成品。

上述兩類方法都有其缺點：制備條件比較苛刻，需要高溫條件，且制備工藝比較復雜，對設備要求比較高，能耗大。

納米TiO₂薄膜的另一類制備方法，電化學技術在納米TiO₂薄膜上有較大的發展空間，制備的TiO₂薄膜有望獲得更優良的光催化性能，有關這方面的機理和規律也需要進一步研究和探討。目前，無論是在國內還是國外，采用電化學方法制備具有光催化功能的納米TiO₂薄膜的研究報道都不多見，已有的報道也是在電沉積后，再通過焙燒的辦法制備出具有銳鈦礦型的(TiO₂?Liu，S.，Huang，K.Sol.Energy?Mater.Sol.Cells?2004，85，125)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二氧化鈦鍍膜的低溫制備方法，只通過電沉積而不需要后續焙燒即可制備得到具有光催化活性的二氧化鈦鍍膜。

本發明的技術方案為：將鈦酸酯類物質、有機醇、硝酸按質量濃度依次為0.83～1.65％、0.15～0.3％、0.15～0.3％配成混合水溶液，以混合水溶液為鍍液進行電鍍，整個電鍍過程在冰水浴中進行，TiO₂粒子在電場作用下聚集在陰極上得到TiO₂鍍膜。

電鍍電壓為20～40V直流電壓或者幅值為20～40V的方波電壓。

本發明的技術效果體現在：本發明開創性地在低溫條件下采用電泳沉積法在多種導電基底上制備出具有銳鈦礦型的TiO₂鍍膜，并將沉積上納米TiO₂的薄膜材料用于甲基橙(methyl?orange)、六氯苯(HCB)的光催化降解試驗，結果證明了材料的高效光催化活性。這種低溫技術可用于柔性染料敏化太陽能電池光陽極及用于空氣凈化、水凈化的納米TiO₂鍍膜材料的制備。

附圖說明

圖1為鎳基底的FSEM掃描圖(64x)；