[發明專利]一種三維TiO2晶體膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110245660.2
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102418089A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 王德信;張菁;石建軍;郭穎;丁可
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C23C16/505
• 分類號: C23C16/505;C23C16/40
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種三維TiO₂晶體膜的制備方法，具體涉及一種常壓低溫射頻輝光等離子體化學氣相沉積制備高反應活性三維TiO₂晶體膜的方法，屬于薄膜材料技術領域。

背景技術

TiO₂是一種優良的半導體光催化材料。該材料具有良好的化學穩定性、無毒性以及光誘導下的強氧化性等優點，在能源和環境等兩大方面表現出良好的應用前景，并已經在裂解水和染料敏化太陽能電池（DSSC）方面得到了應用。在TiO₂裂解水制氫的過程中存在以下反應：

?（TiO₂電極）????????????????????（1）?????????????????????????

?（對電極）????????????????????（2）

??（對電極）?????????????????????（3）

（總的反應）????????????????????（4）

而TiO₂在DSSC上發揮的作用稍有不同：太陽光透過透明導電玻璃照射在TiO₂及其吸附的染料上產生光生電子和空穴，光生電子被注射到TiO₂半導體的導帶上通過外電路被傳導至對電極，從而產生光生電流。

TiO₂的光催化原理如下：TiO₂在紫外光輻照下會產生電子和空穴對，電子和空穴分離并遷移吸附在TiO₂的表面，并和溶解氧，氫氧根離子和水作用形成具有強氧化性的超負氧離子和氫氧自由基。從而分解吸附在TiO₂表面的物質。另外，TiO₂的表面缺陷在光催化過程中也起到了很大的作用。銳鈦礦是TiO₂最常見的一種晶型，其{001}面的催化反應活性尤強，因此，制備具有大比例{001}面的銳鈦礦TiO₂成為目前的研究熱點之一。

近年來，水熱法等以四氟化鈦（TiF₄），鈦酸四異丙酯（Ti（OBu）₄）等為前驅體，以氫氟酸溶液為表面形貌控制劑在液相中成功制備了具有大比例001面的單晶銳鈦礦晶體。為了進一步提高TiO₂光催化和光電性能并適應應用的需要，亟需制備以001面為主的具有完美表面的三維結構的TiO₂單晶薄膜。該三維結構的TiO2薄膜可以直接應用到光電器件、光解水等方面。因此，如何低成本、大面積、高效率地制備該種結構的TiO₂單晶薄膜成為TiO₂目前研究的一個難題。

等離子體輔助化學氣相沉積是目前應用比較廣泛的一種制備TiO₂薄膜的方法之一。等離子體提供的高密度高能量電子，較低的氣體溫度和足夠的化學反應活性種以及能量保證了TiO₂的形成和結晶。目前大部分等離子體化學氣相沉積技術是在低氣壓下進行的，粒子自由程大，形成的薄膜致密，難以獲得外形規整、尺寸較大的單晶。大氣壓下等離子體化學氣相沉積粒子自由程小，密度高，沉積速度快，是在各種基體上一步法低成本大面積制備無機晶體薄膜的有效方法。

申請號為201010546989.8的中國專利“一種二氧化鈦立方錐晶體的制備方法”，采用常壓低溫射頻介質阻擋輝光放電方法制備得到具有規則立方錐形狀的TiO₂晶體，其采用的是后輝光沉積，采用氧氣為載氣，前驅體和載氣的摩爾比為0.05-0.5。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有獨特的三維結構和較強熒光效應的三維TiO₂晶體膜的制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種三維TiO₂晶體膜的制備方法，包括采用常壓低溫射頻介質阻擋輝光放電方法，將放電氣體通入介質阻擋放電等離子體反應器中，通射頻交流電使所述放電氣體放電產生等離子體射流，將前驅體和載氣送入等離子體區進行反應并沉積在基底上，得到三維TiO₂晶體膜，其特征在于，所述的沉積為內輝光沉積，所述的載氣為氬氣或氦氣，載氣的流量為1-100sccm，所述的前驅體的流量均為0.01-1sccm。

所得的三維TiO₂晶體膜在室溫下用325?nm波長的激光激發具有肉眼可辨的可見熒光。

優選地，所述的前驅體為四氯化鈦或四氟化鈦。