[發明專利]一種二氧化鈦納米管與納米棒同軸復合陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201310012759.7
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103103596A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 李洪義;王金淑;王鴻
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;B82Y30/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種二氧化鈦納米管與納米棒同軸復合陣列的制備方法，具體屬于納米薄膜制備及染料敏化太陽能電池領域。

背景技術

目前，二氧化鈦一維陣列由于比納米粉體具有更高的表面能和更高的連通性，為電子傳輸提供連續的通道，比納米粉體在光催化及染料敏化電池（DSSC）等領域具有更廣闊的應用前景。但是目前一維TiO₂納米管或者納米棒制備的DSSC效率仍然很低，很大程度上是由于納米管或棒長度有限，其比表面積嚴重受到限制。近年來，已有不少報道采用TiCl₄溶液處理納米管陣列以增加比表面積，雖然有明顯的效果，但是其比表面積增加不大，效率提高的也有限。

發明內容

本發明的目的是一種二氧化鈦納米管與納米棒同軸復合陣列的制備方法，采用陽極氧化與溶劑熱（或水熱）相結合的方法，在鈦基體上制備TiO₂納米管及納米棒同軸復合結構的一維陣列，納米棒同軸生長在納米管中，很大程度上增加了薄膜的比表面積，并且保持了原來的納米管結構，為電子傳輸提供連續通道，理論上可大幅度提高由其作為光陽極組裝的DSSC的光電性能。

本發明提供的一種二氧化鈦納米管與納米棒同軸復合陣列的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

（1）鈦片預處理：首先將鈦基體表面附著的雜質和氧化皮去除，如分別采用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗10min，烘干備用；

（2）鈦片進行陽極氧化：所采用的電解質溶液為含氟離子的乙二醇溶液，氧化電壓30V，氧化時間2h，氧化后將樣品取出用去離子水沖洗，烘干；

（3）熱處理：將氧化后的鈦片在400-600℃進行熱處理，保溫2h，然后隨爐冷卻至室溫。

（4）溶劑熱或水熱處理：將經熱處理的鈦片放入含有尿素和TiCl₃的乙醇和/或水溶液中，其中尿素的濃度為60-200g/L，TiCl₃的含量為200-500mL/L，并一起置于高壓釜中，經過兩步保溫處理，第一步在90-130℃保溫40-70min，第二步升溫至160-230℃保溫60-160min，冷卻后取出用去離子水沖洗，烘干。

（5）熱處理：經溶劑熱或水熱處理后的樣品在300-600℃進行熱處理，保溫2h，然后隨爐冷卻至室溫，制備完成。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：采用陽極氧化與溶劑熱（或水熱）處理相結合，在鈦基片上制備一維二氧化鈦納米管及納米棒復合陣列結構，與常規的二氧化鈦納米管陣列薄膜相比，比表面積得到大大的增加，最大提高71%，應用于染料敏化電池中，比表面積的提高利于吸附更多的染料，其光電轉換效率比常規二氧化鈦納米管陣列的光電轉換效率提高了68%。

附圖說明

圖1：二氧化鈦納米管溶劑熱處理前的表面（a）及截面圖（b）；二氧化鈦納米管與納米棒同軸復合陣列的表面（c）及截面圖（d）（e）；

圖2：二氧化鈦納米管與納米棒同軸復合陣列與一維二氧化鈦納米管陣列作為光陽極制備的染料敏化電池的I-V曲線。

具體實施方式

下面通過實施例結合附圖進一步描述本發明，其目的在于更好地理解本發明的內容，而不是對本發明的限制。

實施例1：

將金屬鈦片進行前期處理，在含氟離子的電解液中30V陽極氧化2h，取出用去離子水沖洗，烘干；在300℃熱處理，保溫2h；將鈦片放入含量為200ml/L的TiCl₃與60g/L的尿素的乙醇溶液中，將此樣放入高壓釜中，經過兩步保溫處理。第一步在90℃保溫40min，然后升溫到210℃保溫60min，冷卻后取出樣品，用去離子水沖洗干凈，烘干，進行熱處理，熱處理工藝與納米管熱處理工藝相同。冷卻至室溫，樣品制備完成。

實施例2：

將金屬鈦片進行前期處理，在含氟離子的電解液中30V陽極氧化2h，取出用去離子水沖洗，烘干；在450℃熱處理，保溫2h；將鈦片放入含量為250ml/L的TiCl₃與100g/L的尿素的乙醇溶液中，將此放入高壓釜中，經過兩步保溫處理，第一步在100℃保溫60min，然后升溫到190℃保溫120min，冷卻后取出樣品，用去離子水沖洗干凈，烘干，進行熱處理，熱處理工藝與納米管熱處理工藝相同。冷卻至室溫，樣品制備完成。

實施例3：