[發明專利]一種二氧化鈦與四羧基苯基卟啉的復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201410210937.1
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN104022227A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 盧小泉;蔣媛;寧星銘;秦冬冬;樊艷茹;陜多亮;李毅然;羅荻;張婧譞;劉濤;劉靜
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 陸菊華

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種二氧化鈦與四羧基苯基卟啉的復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

在一些生命現象，比如光合作用、呼吸作用，甚至生命的起源，電荷運動都是最基本的過程，與電子傳遞密切有光，生物大分子的氧化還原過程對于生命體的能量轉換和物質代謝都具有決定性作用。因此，有關生物體系的電子傳遞機制的研究，對于進一步揭示生命過程本質具有重要意義。由于卟啉類化合物在可見光區有強烈的光譜響應，它的平面大環結構能提供π-π躍遷和電荷轉移，這些是具有良好的光導性的先決條件，使得卟啉分子具有獨特的電子結構和光電性能，所以在高科技材料領域具有很大的應用潛力。

近年來，由于半導體納米晶具有獨特的光學性質、高的比表面積以及小尺寸效應而受到人們的廣泛關注。其中，TiO2?納米晶因其具有獨特的光電化學性能、生物惰性及制作簡便等，使得它在太陽能光電轉換方面有很好的實際應用前景。但二氧化鈦在可見光區是不被激發，局限了二氧化鈦的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種二氧化鈦與四羧基苯基卟啉的復合材料及其制備方法和應用。

一種二氧化鈦與四羧基苯基卟啉的復合材料，所述二氧化鈦為納米線狀，所述四羧基苯基卟啉復合在所述二氧化鈦的表面。

上述復合材料的制備方法，包括：

(1)將鈦酸四丁酯加入到濃度為3-5mol/L的鹽酸溶液中，再加入生長襯底，于150-180℃反應3-4小時，在生長襯底上長有二氧化鈦納米線；

(2)步驟(1)所述二氧化鈦納米線浸入四羧基苯基卟啉溶液，浸泡12-24小時，得到所述復合材料。

進一步，步驟(1)中，所述鈦酸四丁酯按鹽酸溶液體積的3-4%加入到鹽酸溶液中。

進一步，所述生長襯底為FTO導電玻璃。

進一步，所述四羧基苯基卟啉溶液的濃度為0.01-0.1mmol/L。

進一步，步驟(2)中，所述二氧化鈦納米線在浸入四羧基苯基卟啉溶液之前，于400-450℃下處理0.5-2小時。

所述復合材料在制做光電器件中的應用。特別是光譜響應在540-550nm的光電器件。

附圖說明

圖1為本發明所述二氧化鈦納米線的掃描電鏡圖。

圖2為本發明所述復合材料的紫外吸收光譜圖。

圖3為SECM模式下本發明所述復合材料的距離-電流的反饋曲線。

圖4為本發明所述復合材料在不同波長下的距離-電流反饋曲線。

圖5為本發明所述復合材料在光照下電流隨時間變化的響應曲線圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

實驗所用的儀器

掃描電化學顯微鏡SECM（CHI900，美國CH儀器公司），SECM的探針采用直徑為25μm的Pt超微電極；

UV-1100紫外分光光度計，光源（400~700nm）：LA-410YV-3（日本HAYASHI儀器公司）；

超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；磁力攪拌器。

復合材料制備過程：

1）FTO導電玻璃的預處理

依次使用肥皂水、丙酮、乙醇、超純水超聲處理FTO導電玻璃各15min，再用超純水沖洗，氮氣吹干備用。

2）二氧化鈦納米線的制備

在放有磁子的樣品瓶中加入10mL超純水和5mL濃鹽酸（37.5wt%，12mol/L），攪拌均勻后加入0.5mL鈦酸四丁酯，持續攪拌至溶液中無顆粒；然后，在25mL反應釜內襯中放入洗干凈的FTO導電玻璃，并且導電面向下；接下來，將樣品瓶中的反應液轉移到反應釜內襯中，讓反應釜在烘箱中180℃下反應4h；隨后，反應釜移至通風櫥中冷卻0.5h，取出反應釜內襯中的FTO導電玻璃，分別用超純水和乙醇沖洗FTO導電玻璃，晾干即可生長有二氧化鈦納米線的FTO導電玻璃，掃描電鏡圖如圖1所示，可見二氧化鈦納米以陣列式生長在襯底上。

3）四羧基苯基卟啉的復合

將步驟2）得到的二氧化鈦納米線在空氣氣氛于管式爐中450℃下空氣氣氛烘燒2h，待冷卻后，加入到盛有10mL四羧基苯基卟啉溶液（0.1mmol/L）的燒杯中，浸泡24h即得負載在FTO導電玻璃上的二氧化鈦/四羧基苯基卟啉復合材料。

四羧基苯基卟啉：即5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉，CAS號14609-54-2，縮寫為TCPP。