[發明專利]二氧化鈦分子團簇分散體系及其制備方法

在審

• 申請號: 201610056700.1
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105753045A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 唐笑;劉曉燕;張玲;邢安;邢雅莉;林景誠;楚婉怡
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 王玉芝;陳英俊

技術領域

本發明涉及光催化材料和太陽能電池材料技術領域，更為具體地，涉及光催化氧化/還原材料和染料敏化太陽能電池、量子點敏化太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池的光電極材料及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦原材料來源豐富、無毒環保，是近二三十年來在光催化和光伏領域被研究得最多的材料之一。二氧化鈦的先進性和巨大的發展潛力存在于在三方面：1)光催化特性；2)光誘導電荷分離特性；3)納米特性。光催化和光誘導電荷分離特性的應用載體以粒徑20～30nm銳鈦礦型二氧化鈦納米晶為主，這也是目前二氧化鈦納米特性開發利用的一個限度。在前兩方面的特性都被廣泛深入地開發研究的現狀下，唯有在第三方面，即納米特性上還存在一個未開發實際應用的領域——二氧化鈦的分子團簇狀態。

在量子力學和量子化學領域，已對二氧化鈦分子團簇的進行了理論研究，主要集中在探索染料敏化太陽能電池中染料分子與納米晶二氧化鈦相互作用的研究階段，計算模擬出了二氧化鈦分子團簇的原子/分子結構和電子結構相關信息。P.Persson等報道了(TiO₂)₃₈團簇的尺寸約1.5nm，M.Pastore等則展示了(TiO₂)₃₈團簇主要暴露晶面為(101)晶面系的平板狀分子結構。R.Sánchez-de-Armas等計算了(TiO₂)₃₈和(TiO₂)₉兩種分子團簇的基態能帶結構，并認為(TiO₂)₉已經足夠大到具備了合適的能帶結構去實現染料-TiO₂體系的分子吸附和電子轉移。事實上，尺寸在1～2nm之間的(TiO₂)₃₈分子團簇一直以來都被作為染料-TiO₂體系的理想模型。M.Gra¨tzel及其研究者以(TiO₂)₃₈分子團簇為染料分子-TiO₂相互作用的代表，探索減小電子損失的的途徑。M.J.Lundqvist等用密度泛函理論系統計算了尺寸1～2nm的TiO₂分子團簇的能帶結構和分子結構模型，認為該尺度范圍的(TiO₂)_n分子團簇主要為n＝16,28,38,46,60,68；而尺寸大于1.2nm的(TiO₂)₁₆分子團簇就已經形成了準晶體的電子結構——完全填滿的價帶和完全空的導帶，價帶和導帶之間被不含任何雜質能級的帶隙分隔開。可見，作為晶體的雛形，TiO₂分子團簇已具備了晶體的能帶結構特征，即已具有了其特殊的光電化學性質，且在電子結構上呈現零缺陷狀態，對光伏系統來說，是一種理想的電子接收、轉移和傳輸物質；對于光催化體系來說，應具有極高的催化效率。只是由于粒度過小，在其合成和制備成大面積固體材料方面存在技術上的困難，因此沒有被實際應用。

因此，本發明提供一種合成二氧化鈦分子團簇分散體系的方法。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種二氧化鈦分子團簇分散體系及其制備方法，以解決制備二氧化鈦分子團簇技術上困難的問題。

本發明提供一種二氧化鈦分子團簇分散體系，包括粒徑為1nm～5nm且具有準晶體有序結構的二氧化鈦和酸性水溶液；其中，二氧化鈦的濃度為0.00001g/mL～0.01g/mL，酸性水溶液的H⁺濃度為5.4×10^-6mol/mL～0.0002mol/mL。

此外，優選的方案是，所述二氧化鈦的濃度為0.00001g/mL，所述酸性水溶液的H⁺濃度為1.6×10^-5mol/mL。

此外，優選的方案是，所述二氧化鈦的濃度為0.01g/mL，所述酸性水溶液的H+濃度為5.4×10^-5mol/mL。

此外，優選的方案是，所述二氧化鈦的濃度為0.0024g/mL，所述酸性水溶液的H⁺濃度為5.4×10^-6mol/mL。

此外，優選的方案是，所述二氧化鈦的濃度為0.0024g/mL，所述酸性水溶液的H⁺濃度為0.0002mol/mL。