[發明專利]二氧化鈦納米管（桿）陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201210310647.5
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102795665A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 闕文修;尹行天;費端
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01G23/08
• 分類號: C01G23/08;C03C17/25;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種納米陣列的制備方法，具體涉及一種二氧化鈦納米管（桿）陣列的制備方法。

背景技術

太陽能電池可以直接將太陽能轉換成電能，被認為是一種最有效利用太陽能的方式，因此一直以來受到世界各國高度重視。目前已經實際應用的太陽能電池主要是硅基太陽能電池，它具有較高的效率和較好的穩定性，但是其高昂的制造成本限制了它的大規模應用。因此研究人員除了一方面進行低成本、高效率硅基太陽能電池商業化技術改進之外，更加積極探索新型太陽能電池。在眾多的太陽能電池中，有機無機復合太陽能電池既具有有機電池的低成本，又具有無機電池較高的穩定性，因此受到研究人員廣泛重視。

有機無機復合太陽能電池主要是由寬禁無機帶半導體材料（如氧化鋅、氧化鈦）和有機光吸收材料（如P3HT等）組成。目前所應用的寬禁帶半導體材料主要是氧化鋅、氧化鈦的納米結構，包括納米球、納米多孔膜，一維納米線、納米桿、納米管（桿）陣列等納米結構。在這些納米結構中，一維納米陣列尤為引人注目，因為他們具有如下幾個特點：（1）可以為光生載流子提供直接快速的傳輸通道，從而有利于減少光生載流子的復合，促進其快速被外電極收集；（2）由于納米陣列的強烈光散射和俘獲作用，可以降低光陽極對光的反射，增加對太陽光的吸收。（3）納米陣列中的垂直通道有利于有機物在陣列中的滲透，從而使有機物與無機物充分接觸。因此，如何制備適用于有機無機復合太陽能電池的一維納米陣列就顯得尤為重要。

二氧化鈦納米管（桿）陣列是一種非常重要的納米結構，它已經在染料敏化太陽能電池、量子點敏化太陽能等新型太陽能電池的研究中有廣泛應用。陽極氧化法是制備二氧化鈦納米管陣列的最常用、最簡便的方法。但是這種方法制備的二氧化鈦納米管陣列附著在鈦箔上，不利于在有機無機復合太陽能電池上的應用。為了將其應用于有機無機復合太陽能電池，一種常用方法是在導電玻璃上制備一層適當厚度的金屬鈦膜，然后再采用陽極氧化法將鈦膜氧化成二氧化鈦納米管陣列。但是這種方法工序復雜，且需要利用真空鍍膜設備，成本太高，因此不適于大規模應用。因此，開發簡單易行，不需要復雜設備低成本制備二氧化鈦納米管陣列方法就顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單的二氧化鈦納米管（桿）陣列的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的制備方法為：

1）首先將8～10毫摩爾的氟鈦酸銨和18～22毫摩爾的硼酸分別溶于去離子水中，然后將硼酸溶液倒入氟鈦酸銨溶液中，混合均勻后定容至100毫升得混合溶液，再將潔凈ITO導電玻璃基片浸入混合溶液中，然后用去離子水沖洗干凈，吹干，在ITO導電玻璃基片上制得二氧化鈦預處理層；

2）將單乙醇胺溶于20毫升乙二醇甲醚中，然后再加入1～16毫摩爾的二水合乙酸鋅，使單乙醇胺與鋅離子的物質的量之比為1∶1；然后將混合物密封并置于58～62℃的水浴鍋磁力攪拌均勻得到氧化鋅溶膠，將氧化鋅溶膠取出后在室溫下靜置12～18小時，利用旋轉涂層工藝以3000轉/分鐘將上述靜置后的氧化鋅溶膠旋涂在已制備二氧化鈦預處理層的ITO導電玻璃基片上，然后將其放在195～205℃的烘箱中處理5～10分鐘，再將ITO導電玻璃基片置于450～500℃的馬弗爐中處理0.5～1小時，得到氧化鋅籽晶層；

3）將4毫摩爾的六水合硝酸鋅，80毫摩爾的氫氧化鈉分別溶于去離子水中，然后將硝酸鋅溶液倒入氫氧化鈉溶液中混合均勻，再在容量瓶中定容至100毫升，混合均勻得到生長液，然后將已制備的覆蓋有氧化鋅籽晶層的ITO導電玻璃基片浸入生長液中在80℃水浴中生長5～20分鐘，然后將ITO導電玻璃基片取出，用去離子水沖洗干凈、吹干，得到氧化鋅納米線陣列；

4）將5～7.5毫摩爾的氟鈦酸銨和15～20毫摩爾的硼酸分別溶于去離子水中，然后將硼酸溶液倒入氟鈦酸銨溶液中，混合均勻后定容至100毫升制成沉積液，然后將已制備有氧化鋅納米線陣列的ITO導電玻璃基片浸入沉積液中，然后將其取出，用去離子水沖洗干凈、吹干，將所得ITO導電玻璃基片置于400～450攝氏度的馬弗爐中處理1小時，即得到晶化的二氧化鈦納米管（桿）陣列。

所述步驟3）覆蓋有氧化鋅籽晶層的ITO導電玻璃基片將氧化鋅籽晶層面向下以60度角浸入生長液中。

所述步驟3）通過控制生長時間來控制氧化鋅納米線的長度。

所述步驟4）制備有氧化鋅納米線陣列的ITO導電玻璃基片將氧化鋅納米線陣列的面向下以60度角浸入沉積液中。