[發明專利]一種制備摻氮二氧化鈦多孔膜的方法

有效

• 申請號: 201310127166.5
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103194731A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 覃勇;陳朝秋;王桂振;段菲菲;陳彩營
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C23C16/44
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明涉及二氧化鈦多孔膜的制備技術，更具體地，本發明涉及通過分子層沉積（MLD）形成摻氮二氧化鈦多孔膜的方法。

背景技術

二氧化鈦（TiO₂）薄膜因具有光催化活性強、價格低廉、環境友好等優點，在太陽能電池、有機物光催化降解、傳感、自清潔材料等領域具有廣闊的應用前景。目前制備TiO₂薄膜的方法主要有液相沉積、溶膠-凝膠、磁控濺射、化學氣相沉積和原子層沉積等方法。其中，原子層沉積（ALD）是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器并在沉積基體上化學吸附并反應而形成沉積膜的一種方法（技術）。ALD具有薄膜生長厚度在原子級別精確可控、臺階覆蓋性極佳、重復性好、薄膜與基底材料結合力強等優點，特別適合于超薄薄膜的生長，在納米技術和半導體器件的制備中具有各種應用。運用原子層沉積技術生長氧化鈦膜，已經有了較多的研究，但所制備的薄膜都是非孔薄膜，比表面積小，嚴重影響其光催化活性，并且由于TiO₂的帶隙較寬（銳鈦礦型TiO₂為3.2?eV），只對紫外光具有響應，因而限制了TiO₂光催化材料的應用。

發明內容

為了克服現有ALD技術制備TiO₂膜存在的上述不足，本發明的目的在于提供了一種利用分子層沉積（MLD）技術制備具有可見光催化活性和高比表面積的摻氮二氧化鈦多孔膜的方法。

為了得到多孔的沉積膜，可在沉積過程引入有機分子，先沉積得到有機-無機復合膜，這種沉積技術也叫分子層沉積（MLD）。將上述有機-無機膜中有機組分除去即可得到多孔的無機膜。　　

MLD是一種先進的薄膜技術，可在基底材料表面均勻沉積上保形的薄膜，工藝簡單，厚度可控，并可通過選擇含特定功能團的有機分子對膜材料進行功能化，與傳統方法相比具有突出的優勢。

本發明所采用的技術方案是：

（1）將基底材料放入原子層沉積設備的反應腔，使用惰性氣體氮氣吹掃5－10?min，然后進行沉積；

設定的MLD?沉積參數為：

反應溫度80－400?oC；

反應源：采用TiCl₄或Ti(OCH(CH₃)₂)₄為鈦源，乙醇胺和丙二酰氯為有機前體，Ti(OCH(CH₃)₂)₄源溫為60?^oC，乙醇胺源溫為80^?oC，TiCl₄和丙二酰氯源溫都為室溫；

載氣：10－100?sccm的高純氮氣；

脈沖、憋氣和吹掃時間：首先將TiCl₄或Ti(OCH(CH₃)₂)₄蒸汽脈沖送入沉積室，脈沖時間為0.01－0.5?s，憋氣時間為5－10?s，吹掃時間為10－120?s；然后將乙醇胺蒸汽脈沖送入沉積室，脈沖時間為0.1－1?s，憋氣時間為5－10?s，吹掃時間為60－150?s；接著將丙二酰氯蒸汽脈沖送入沉積室，脈沖時間為0.1－1?s，憋氣時間為5－10?s，吹掃時間為60－150?s；最后再次將乙醇胺蒸汽脈沖送入沉積室，脈沖時間為0.1－1?s，憋氣時間為5－10?s，吹掃時間為60－150?s，此即完成一次沉積循環，重復此沉積循環即在基底材料表面得到不同厚度的含鈦有機-無機復合膜；

（2）將步驟（1）得到的表面沉積了含鈦有機-無機復合膜的基底材料在空氣，氧氣或惰性氣氛中在350－800?^oC高溫處理1－2?h，除去含鈦有機-無機復合膜中有機組分,得到在基底材料表面沉積有摻氮二氧化鈦多孔膜的復合材料。

本發明還可以將上述步驟（2）得到的復合材料進行處理（剝離、焙燒、酸洗和堿洗等），除去基底材料，可得到摻氮二氧化鈦多孔材料。

如上所述的基底材料是硅片、多孔氧化鋁膜、氧化銅納米線、碳納米螺旋等表面有羥基或缺陷位的材料。