一种TiO<sub>2</sub>纳米棒阵列的水热合成方法

日期:2019-03-02 15:11:05

专利名称:一种TiO<sub>2</sub>纳米棒阵列的水热合成方法
技术领域
本发明属于光电材料新能源领域,特别涉及了一种T^2纳米棒阵列的水热合成方法。
背景技术
近年来,纳米棒、纳米线、纳米纤维等准一维结构由于微结构均勻、尺寸可调等优点而成为很有前景的染料/量子点敏化太阳能电池或极薄吸收体太阳能电池的光阳极结构材料。在电极的制备过程中以大面积的纳米线阵列结构为主,这种结构在电池材料、过滤与分离材料、光催化材料、气敏传感材料以及热阻材料等方面具有广阔的应用前景。TiO2纳米棒阵列结构具有电子迁移率高、化学稳定性高、可见光透过率高、无毒无污染、成本低廉、 材料制备工艺简单等特点,已经广泛应用于光伏器件、传感器、光催化等领域。目前人们主要利用磁控溅射、化学气相沉积、溶胶凝胶模板等方法制备TW2纳米线/棒阵列结构,然而前两种方法需要高温或真空条件,并且制备的阵列结构与基底的垂直性并不好,溶胶凝胶模板法制备虽然成本低廉,其制备的一维结构为纳米粒子的堆积,缺陷较多,从而直接影响电极的电荷传输性能。

发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直取向性强的TiA纳米棒阵列的水热合成方法,并且该方法简单易行,可制得大面积TiA纳米棒阵列。为实现上述目的,本发明采取的技术方案为 一种TiA纳米棒阵列的水热合成方法,步骤如下
(1)、制备种子层将FTO导电玻璃垂直浸入钛源溶胶(钛源溶胶的制备可利用钛酸四丁酯、二乙醇胺、水及乙醇参照现有技术制备),然后以0. 6 1.5Cm/min速率提出,晾干后退火处理;其中,退火条件为升温速率3 5°C /min,退火温度450士30°C,保持3(T60min,降温速率2 5°C /min ;
(2)、水热反应把制备有种子层的FTO导电玻璃置于反应溶液中,在15(T180°C水热反应5 24h后,冷却至室温,取出,洗净、晾干,得到TW2纳米棒阵列;所述反应溶液的体积比组成为水浓盐酸(质量浓度36 38%)钛酸四丁酯=19 50 :19 50 :1。具体地,步骤(2)中首先,取水、浓盐酸,搅拌均勻后,在保持搅拌的同时逐滴加入钛酸四丁酯,搅拌均勻得到反应溶液;然后,把制备有种子层的FTO导电玻璃朝下斜靠于水热反应釜内壁,反应溶液倒入水热反应釜内,密封水热反应釜之后进行水热反应。较好地,步骤(1)中各参数优选提出速率0.8cm/min ;退火条件为升温速率 30C /min,退火温度450°C,保持60min,降温速率2V /min。较好地,步骤(2)中,所述反应溶液的体积比组成优选为水浓盐酸钛酸四丁酯 =30 30 :1。较好地,步骤(2)中,水热反应温度优选为180°C,水热反应时间优选为他。
较好地,水优选为三次蒸馏水。本发明水热合成方法克服了目前磁控溅射、化学气相沉积要求条件苛刻、制备阵列结构垂直性不好的缺点,和溶胶凝胶模板法缺陷较多、影响电荷传输性能等难题,制备的 TiO2纳米棒阵列结构,垂直取向性强,所用的材料廉价,工序简单,重复性好,可以用作制备大面积薄膜,为构筑新型阵列器件提供条件。


图1 实施例1中制备的种子层SEM图2 实施例1中FTO导电玻璃基底(a)和制备的种子层(b)的UV-Vis吸收光谱图; 图3 实施例1中制备的T^2纳米棒阵列结构平面SEM图; 图4 实施例1中制备的T^2纳米棒阵列结构截面SEM图5 实施例1中FTO导电玻璃基底(a)和制备的TW2纳米棒阵列结构(b)的XRD图; 图6 实施例1中制备的TW2纳米棒阵列结构UV-Vis吸收光谱图。
具体实施例方式以下实施例中,钛酸四丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和浓盐酸(质量浓度36%)均为分析纯试剂,购于天津市科密欧化学试剂有限公司;FTO导电玻璃,厚度为2. 2mm,方块电阻为纩12 Ω,购买于武汉格奥科教仪器有限公司;SEM 采用日本JEOL公司的JSM-5600扫描电镜;XRD 采用荷兰Philips公司的X" Pert Pro MPD衍射仪(Cu靶K α ) ;UV-Vis透射光谱采用英国UNICAM公司的ΗΕλ I0S。实施例1
一种T^2纳米棒阵列的水热合成方法,步骤如下
(1)、制备钛源溶胶采用文献YuH.,Zhang S. Q.,Zhao H. J.,Xue B. F.,Liu P. R.,Will G.. J. Phys. Chem. C [J], 2009,113 (36) :16277 16282 的方法,首先取无水乙醇:35ml、二乙醇胺2. 75ml、钛酸四丁酯6. 7ml,混合搅拌Ih得混合溶液A ;将0. 6ml三次蒸馏水、30ml 无水乙醇混合均勻,用恒压漏斗逐滴加入混合溶液A中,剧烈搅拌池;将所得的溶液静置陈化Mh,得到浅黄色透明钛源溶胶;
(2)、制备种子层首先,用15ml的烧杯取12ml钛源溶胶,置于LB拉膜机提拉钩下,将 FTO导电玻璃(裁成长*宽*厚lcm*2. 5cm*2. 2mm小块)清洗干净夹于提拉钩,以km/min的速度将FTO导电玻璃缓慢浸入溶胶中,静置lmin,然后以Smm/min的速度勻速提拉出来,自然晾干,然后在中温箱式炉中退火,退火后自然冷却至室温。退火条件为升温速度为;TC/ min,升温至450°C保持60min,降温速度为2V /min。制备的种子层SEM图、UV-Vis吸收光谱图分别见图1和图2 (a-FTO导电玻璃基底,b-制备的种子层)。由图1可见,制备的种子层较为均勻的分布在FTO表面。图加的吸收曲线在波长小于335nm范围内出现强烈的吸收,图2b的吸收曲线的吸收边位于417nm左右,与金红石相的TiO2相一致,可见种子层有金红石相的成分;
(3)、水热反应首先,取三次蒸馏水15ml、浓盐酸15ml,搅拌均勻后,在保持搅拌的同时逐滴加入钛酸四丁酯0. 5ml,搅拌均勻得到反应溶液B ;然后把带有种子层的FTO导电玻璃朝下斜靠于水热反应釜内壁,反应溶液B倒入水热反应釜内,密封水热反应釜之后,然后将水热反应釜置于干燥箱中升温至180°C,水热反应他后,自然冷却至室温,取出,分别用无水乙醇和三次蒸馏水冲洗干净、自然晾干,得到TW2纳米棒阵列。图3为制备的TW2纳米棒阵列结构的平面SEM图,图中其棒的直径较为均一,密度较大。图4为制备的T^2纳米棒阵列结构的截面SEM图,其中可见其长度约为5飞μ m,并且垂直性很好。图fe为FTO导电玻璃基底的XRD图,图恥为制备的TW2纳米棒阵列结构的XRD图,图恥中位于62°左右的强峰为金红石相TiO2的(002)峰,这一点正说明了其取向性生长。图6为制备的TW2 纳米棒阵列结构的吸收曲线,其吸收边也在417nm左右,与金红石相TW2 一致。实施例2
一种T^2纳米棒阵列的水热合成方法,步骤如下
(1)、制备钛源溶胶步骤同实施例ι的步骤(ι);
(2)、制备种子层提出速率6mm/min;退火条件为升温速率4°C/min,退火温度 420°C,保持50min,降温速率4°C /min,其它均同实施例1的步骤(2);
(3)、水热反应所述反应溶液的体积比组成为水15ml、浓盐酸15ml、钛酸四丁酯 0. 3ml ;水热反应温度为150°C,水热反应时间为Mh ;其它均同实施例1的步骤(3)。实施例3
一种T^2纳米棒阵列的水热合成方法,步骤如下
(1)、制备钛源溶胶步骤同实施例ι的步骤(ι);
(2)、制备种子层提出速率1.5cm/min ;退火条件为升温速率5°C /min,退火温度 480°C,保持30min,降温速率5°C /min,其它均同实施例1的步骤(2);
(3)、水热反应所述反应溶液的体积比组成为水15ml、浓盐酸15ml、钛酸四丁酯 0. 8ml ;水热反应温度为160°C,水热反应时间为证;其它均同实施例1的步骤(3)。
权利要求
1.一种TiA纳米棒阵列的水热合成方法,其特征在于步骤如下(1)、制备种子层将FTO导电玻璃垂直浸入钛源溶胶,然后以0.6^1. 5cm/min速率提出,晾干后退火处理;其中,退火条件为升温速率3飞。C /min,退火温度450士30°C,保持 30 60min,降温速率2 5°C /min ;(2)、水热反应把制备有种子层的FTO导电玻璃置于反应溶液中,在15(T180°C水热反应5 24h后,冷却至室温,取出,洗净、晾干,得到TW2纳米棒阵列;所述反应溶液的体积比组成为水浓盐酸钛酸四丁酯=19飞0 19 50 :1。
2.如权利要求1所述的T^2纳米棒阵列的水热合成方法,其特征在于步骤(2)中首先,取水、浓盐酸,搅拌均勻后,在保持搅拌的同时逐滴加入钛酸四丁酯,搅拌均勻得到反应溶液;然后,把制备有种子层的FTO导电玻璃朝下斜靠于水热反应釜内壁,反应溶液倒入水热反应釜内,密封水热反应釜之后进行水热反应。
3.如权利要求1或2所述的TiO2纳米棒阵列的水热合成方法,其特征在于步骤(1)中 提出速率0. 8cm/min ;退火条件为升温速率3°C /min,退火温度450°C,保持60min,降温速率 2°C /min。
4.如权利要求3所述的T^2纳米棒阵列的水热合成方法,其特征在于步骤(2)中,所述反应溶液的体积比组成为水浓盐酸钛酸四丁酯=30 30 :1。
5.如权利要求4所述的TiO2纳米棒阵列的水热合成方法,其特征在于步骤(2)中,水热反应温度为180°C,水热反应时间为他。
6.如权利要求广5之任意一项所述的TW2纳米棒阵列的水热合成方法,其特征在于 水为三次蒸馏水。
全文摘要
本发明属于光电材料新能源领域,特别公开了一种TiO2纳米棒阵列的水热合成方法。先将FTO导电玻璃垂直浸入钛源溶胶,然后以0.6~1.5cm/min速率提出,晾干后退火处理;其中,退火条件为升温速率3~5℃/min,退火温度450±30℃,保持30~60min,降温速率2~5℃/min;把制备有种子层的FTO导电玻璃置于反应溶液中,在150~180℃水热反应5~24h后,冷却至室温,取出,洗净、晾干,得到TiO2纳米棒阵列;所述反应溶液的体积比组成为水浓盐酸钛酸四丁酯=19~5019~501。本发明水热合成方法制备的TiO2纳米棒阵列结构,垂直取向性强,所用的材料廉价,工序简单,重复性好。
文档编号B82Y40/00GK102153140SQ20111009437
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者庞山, 杜祖亮, 程轲, 袁占强 申请人:河南大学


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