[發明專利]一種低溫制備穩定納米銳鈦礦型二氧化鈦醇相溶膠的方法

有效

• 申請號: 201610019765.9
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105664808B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 靳映霞;柳清菊;朱忠其;張瑾
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C01G23/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種納米銳鈦礦型二氧化鈦醇相溶膠的制備方法，屬于半導體光電材料的制備方法。本發明提供一步法低溫制備納米銳鈦礦型二氧化鈦納米晶醇相溶膠的簡便方法。原料包括，含鈦有機物、有機溶劑、蒸餾水或去離子水、分散劑、水解抑制劑、催化劑，其相應摩爾比為1：(20～100)：(0.5～3)：(1～5)：(0.1～3):(0.01～1.5)。在混合了分散劑和催化劑的醇溶液中加入鈦有機物，后再加入水解抑制劑和水，在常壓和25～100℃下攪拌3～48小時，控制反應物pH值為1～5，獲得透明穩定銳鈦礦型二氧化鈦醇相溶膠。最后利用滲析工藝去除水解中間產物。本發明溶膠結晶性、穩定性和透光性能較好，濃度可以根據需要用醇稀釋。所制備溶膠可直接在各種耐高溫或不耐高溫的材料基底上成膜，也可直接制備光催化水性環保涂料或可見光激發的光催化環保涂料。

技術領域

本發明屬于半導體光電材料納米二氧化鈦的制備方法，尤其涉及用作染料敏化、有機、無機或有機/無機雜化太陽能電池電極、自清潔薄膜，致密層或多孔層的銳鈦礦型二氧化鈦醇相溶膠的低溫制備方法。

背景技術

納米二氧化鈦作為一種寬禁帶無機半導體材料，因其物理化學性質穩定，具有良好光催化活性、耐腐蝕能力強等優點，被廣泛應用于凈化環境中有機物的光催化降解、太陽能電池的電子傳輸和防霧自清潔等領域，是具有廣闊應用前景的材料。

近年來，人們在有機太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池的研發過程中發現以銳鈦礦相納米二氧化鈦作為電池的陽極或者電子傳輸層，能有效提高電池的效率。

在有機太陽能電池的研究中，研究人員發現由于“光干涉效應”而帶來的有源層大部分不能被光激活，因而形成該區域光生載流子的遷移率明顯降低的問題。研究發現在光激活材料層和鋁電極之間加一層光學墊片能有效改善這個問題。根據優化結構能帶設計要求，制備光學墊片的材料應該滿足三個條件，其一是作為良好的電子受體材料，其導帶底要低于光激活材料的最低分子非占滿軌道（lowest unoccupied molecular orbital，LUMO）；其二是該材料的LUMO必須高于（或者接近）收集電子的金屬電極費米能級；其三該材料應滿足不吸收太陽光。作為物理化學性質穩定且無毒無害的材料，TiO₂完全滿足以上三個條件要求。但通常狀況之下，制備溫度低于200℃條件下，二氧化鈦溶膠為板鈦礦相，材料表面缺陷多，性能不穩定，需要經過400℃以上高溫熱處理促其晶化。而有機太陽能電池中的光激活材料多為聚合物：C60的配合物，這類型材料無法耐受這樣的高溫。高溫退火過程一是限制了二氧化鈦薄膜在有機太陽能電池和不耐高溫的柔性襯底上的應用；二是在退火過程中形成二次團聚。為了適應光電器件的發展需求，研究人員開展了低溫下制備銳鈦礦型二氧化鈦溶膠的研究工作。

年中國專利CN 1699181A公開了一種兩步制備銳鈦礦型二氧化鈦的溶膠的方法。第一步是鈦化合物在酸性富水環境中水解，第二步是回流去醇，最后得到銳鈦礦型二氧化鈦溶膠。該方法步驟較繁瑣，對納米二氧化鈦水溶膠工業化加工不利。

年中國專利CN200710065655.7公開了一種低溫制備納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠的方法。發明在常壓、溫度30℃～120℃范圍內、pH值為1～5條件下攪拌含鈦有機物、蒸餾水或去離子水、螯合劑、水解抑制劑（摩爾比為1:50～500:0.1～1.2:0.001～0.01）的混合溶液，反應3～12小時，得到結晶度高、穩定、透明的水相溶膠。

兩種方法均是鈦化合物在酸性富水環境中充分水解，最后得到二氧化鈦水相溶膠。這樣富水環境制備的水相溶膠的缺點是濃度較低。在后續制模過程中，薄膜不易均勻。