[發明專利]一種紙基三維立體二氧化鈦納米材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710155330.1
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106865604A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 高超民;于京華;葛慎光;顏梅
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;H01L51/42;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業)37240
• 代理人: 李茜

技術領域

本發明涉及一種紙基三維立體二氧化鈦納米材料的制備方法，屬于無機納米材料合成領域。

背景技術

二氧化鈦作為經典的半導體材料，具有優異的光電性能、良好的耐酸堿性、穩定的物理和化學性能，廣泛應用于太陽能電池、光催化、分析傳感等領域。眾所周知，材料的性能與其形貌、尺寸密切相關。在不同形貌的二氧化鈦中，三維立體結構具有表面積大，光吸收和光散射性好，電子傳輸容易等優點，使其在太陽能電池領域中有著巨大的應用前景。同時，二氧化鈦的制備方法也多種多樣。目前報道的二氧化鈦的制備方法主要有：溶劑熱法、溶膠-凝膠法、陽極氧化法等，成功制備了不同形貌的二氧化鈦納米材料。其中溶劑熱法由于具有操作簡單，成本低，尺寸形貌可控等優點，是制備二氧化鈦納米材料常用的方法。目前，在三維立體二氧化鈦材料制備過程中，通常需要多步驟反應，而且反應條件苛刻，因此提高了技術難度，形貌的重現性不好，有時還會用到有毒試劑和模板劑，造成環境污染，無法實現無毒無害一步制備三維立體二氧化鈦的目的。

近年來，柔性鈣鈦礦太陽能電池備受關注，而且所用的柔性基底也得到了越來越多的關注。目前常用的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和金屬箔片柔性基底已滿足不了需求，急需尋找一種廉價、來源豐富的新型柔性基底材料。紙，因其具有廉價、質輕、柔性可折疊、來源豐富、可降解等特點是一種極具潛力的柔性基底。本發明首次提供了一種一步制備紙基三維立體二氧化鈦納米材料的方法，過程中不需要加入表面活性劑或模板劑，可以實現簡便快捷、低成本、環保的制備紙基三維立體二氧化鈦納米材料的目的，也使得紙基鈣鈦礦太陽能電池成為可能，為基于二氧化鈦柔性鈣鈦礦太陽能電池器件奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在紙基底上生長三維立體二氧化鈦納米材料的方法，該方法具有操作簡單、成本低、環境友好等特點。

本發明通過以下實驗方案實現：

a. 處理紙基底：選用GE Healthcare Worldwide （中國上海浦東）公司的Whatman chromatography paper ＃2號紙作為紙基底，將其大小裁剪為邊長是2.00 cm的正方形；采用絲網印刷技術在紙基底表面印刷一層銀電極以使其導電，并將其表面打磨光滑；

b. 沉積二氧化鈦種子層：選用脈沖激光沉積法在步驟a中得到的紙基底上沉積一層納米二氧化鈦種子層；

c. 配制二氧化鈦前驅體溶液：稱取草酸鈦鉀，將其溶解于超純水中，磁力攪拌5 min后加入一縮二乙二醇，將混合溶液磁力攪拌5 min；

d. 生長三維立體二氧化鈦：將步驟c中攪拌均勻的溶液轉移至內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜內，并將步驟b中處理好的紙基底放入內襯中，封閉擰緊反應釜，置于預熱的180 ℃烘箱內反應，待反應完畢后自然冷卻至室溫，將紙基三維立體二氧化鈦取出并用無水乙醇和超純水徹底清洗，最后置于60 ℃烘箱干燥。

步驟b中沉積的納米二氧化鈦種子層厚度為40~100 nm。

步驟c中的草酸鈦鉀的質量為0.1~1 g。

步驟c中超純水的體積為1~10 mL。

步驟c中一縮二乙二醇的體積為10~20 mL。

步驟d中反應時間為4~10 h。

本發明使用具有原料豐富、廉價易得、柔性可折疊等優點的紙作為基底，并且該方法操作簡單、成本低、后處理簡便、過程中不使用任何分散劑或表面活性劑，對環境無污染。

具體實施方式

為了進一步說明制備紙基三維立體二氧化鈦納米材料的方法，按照本發明技術方案進行實施，給出具體的實施方式：

首先將GE Healthcare Worldwide （中國上海浦東）公司的Whatman chromatography paper ＃2號紙裁剪邊長是2.00 cm的正方形，然后采用絲網印刷技術在紙基底表面印刷一層銀電極以使其導電，并將其表面打磨光滑；利用脈沖激光沉積法在修飾銀電極之后的紙基底表面沉積一層厚度為40~100 nm的二氧化鈦種子層；稱取0.1~1 g草酸鈦鉀，將其溶解于1~10 mL的超純水中，磁力攪拌5 min之后加入10~20 mL的一縮二乙二醇，將混合溶液再磁力攪拌5 min，最后將攪拌均勻的溶液轉移至內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜內，并且將沉積有二氧化鈦種子層的紙基底放入內襯中，封閉擰緊反應釜，置于預熱的180 ℃烘箱內反應4~10 h。反應完畢后自然冷卻至室溫，將紙基三維立體二氧化鈦取出并用無水乙醇和超純水徹底清洗，置于60 ℃烘箱干燥。