[發明專利]一種二氧化鈦光催化薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210345513.7
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102864481A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 黃峰;戴丹;李朋;李艷玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C23C14/35;C23C14/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明涉及光催化薄膜材料制備技術領域，具體涉及一種二氧化鈦光催化薄膜及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦是目前最具應用潛力的寬禁帶半導體材料之一，尤其是光激發產生電子-空穴對的能力被廣泛應用于光催化領域。

鈦箔或鈦合金等塊狀鈦金屬上陽極氧化是目前采用最廣泛的用來制備二氧化鈦的方法。美國的Craig?A.Grimes教授課題組發表了一系列在鈦箔上陽極氧化制備二氧化鈦納米管的文章。通過陽極氧化制備的二氧化鈦納米管的光催化活性比平板二氧化鈦膜的光催化性能增強3倍左右，陽極氧化是顯著提高二氧化鈦光催化性能的制備方法。

傳統的方法是在鈦箔或鈦合金上制備二氧化鈦，這樣對于鈦的消耗很大，鈦合金不易加工，而且不適用于其它基片，限制了納米二氧化鈦的應用。在鈦箔或鈦合金上陽極氧化的二氧化鈦底部存在0.1～1mm的不透明鈦金屬，限制了二氧化鈦在透明光學領域的應用。如中國發明專利申請CN01112896.8中公開了一種具有納米晶結構的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，是用工業純鈦板或鈦箔置于電介質溶液中作為電解池的一個電極，用另一個鈦板作對電極，進行電化學氧化處理即獲得生長在鈦基材上的非晶態二氧化鈦薄膜，然后進行加熱晶化處理，獲得納米晶結構的二氧化鈦光催化薄膜。

磁控濺射可以在不同的基底上沉積鈦膜，具有靈活性。通過陽極氧化鈦膜來制備透明的二氧化鈦薄膜具有重要的意義。中國發明專利ZL200810123914.1中公布了一種在H₃PO₄/HF體系中，陽極氧化高密度鈦膜制備透明二氧化鈦納米管的方法，但沒有說明光催化性能；其制備的方法包括：首先采用磁控濺射的方法在基片上沉積純鈦薄膜，濺射參數：濺射功率105-150W，工作壓強0.1-0.5PA，基片不加熱，濺射時間為0.5-2H；然后在室溫條件下陽極氧化鈦膜得到規整排列的TIO₂納米管陣列，陽極氧化參數為：鈦膜試樣為陽極，鉑片作為陰極，兩極間的距離為10-50cm，電解液中物質質量比為H₃PO₄∶HF∶H₂O=10∶0.5-1∶100，恒定電壓為10-20V；該電極可廣泛應用于透明光學器件（如染料敏化太陽能電池,電致變色器件等）及氣體傳感器，也適合于微型化器件的組裝和柔性電極的制備。美國專利US?20050103639A1中公布了一種在KOH或NaOH體系中，陽極氧化鈦膜制備銳鈦礦的納米網絡（nano-network）的二氧化鈦，具有光催化性能，但沒有表明透明的光學性能。中國發明專利申請CN201210094222.5一種介孔二氧化鈦薄膜的制備方法，以金屬鈦為基底，在含有HF的電解液中陽極氧化，然后經過熱處理在金屬鈦表面制得了孔徑可控，尺寸均一的介孔二氧化鈦薄膜；該介孔二氧化鈦薄膜具有優良的電催化性能，但沒有表明透明的光學性能；主要是因為其是基于金屬鈦陽極氧化制備的二氧化鈦薄膜，制備的二氧化鈦薄膜底部存在一層一定厚度的不透明鈦金屬，因此不具備透明的光學性能。

通過對文獻進行進一步檢索和分析，至今還沒有發現陽極氧化鈦膜制備介孔結構的二氧化鈦，并且兼具90%以上的高透光率和光催化反應速率常數|k|為1.47～1.43h^-1的光催化性能的報道。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題提供了一種高透光性和光催化性的二氧化鈦光催化薄膜。

本發明還提供了一種二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，該方法能使二氧化鈦兼具高透光性和高光催化反應速率常數的特點，滿足自清潔玻璃、空氣和廢水凈化等光催化領域的需求。

一種二氧化鈦光催化薄膜，具有海綿狀的多孔結構，其中，孔沿生長方向的長度為200nm～800nm，沿垂直于生長方向的最大寬度為10nm～300nm；優選，孔沿垂直于生長方向的最大寬度為30nm～100nm，進一步優選為30nm～50nm。

為了進一步提高二氧化鈦光催化薄膜的透光性和光催化性，優選：

所述的二氧化鈦光催化薄膜中的二氧化鈦優選為銳鈦礦結構。

所述的孔優選為圓孔，沿垂直于生長方向的最大寬度為孔的孔徑。

所述的孔的生長方向與二氧化鈦光催化薄膜的厚度方向基本一致。

所述的一種二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，包括以下步驟：