专利名称：一种二氧化钛纳米多孔膜材料的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种TiO2纳米多孔膜材料的制备方法，该结构可作为光阳极材料应用于染料敏化太阳电池中。
背景技术：
TiO2纳米材料因其较大的比表面积、优异的电荷传输性能，在光催化、染料敏化太阳能电池(DSSC)及锂电池等领域被广泛应用。TiO2的纳米结构，包括纳米颗粒、纳米带、纳米管、纳米柱及纳米花状结构等，因其不同的性能优势吸引了众多的研究。TiO2纳米材料的制备方法通常采用水热合成法，这种方法制备工艺简单，反应条件容易控制，可在较低温度下形成不同的纳米结构。传统的TiO2多孔膜大多采用溶胶凝胶法制备，我们通过添加Zn(NO3)2 ·6Η20粉末，在导电玻璃(FTO)表面生长出了均匀的TiO2多孔膜材料。这种方法制备出的氧化钛多孔膜与溶胶凝胶法制得的多孔膜相比，由于其是直接在FTO上生长出来的，与导电基底的接触更好，应用于染料敏化电池，更有利于电子的传输，因而提高太阳能电池的效率。
发明内容
本发明的目的是提出一种制备TiO2多孔膜材料的方法，本法采用FTO作为生长衬底，采用一步简单的水热合成方法制备TiO2多孔膜结构。这种结构具有多层膜孔洞结构，在DSSC领域将有更广泛的应用价值。具体的制备方法包括如下步骤a.清洗导电玻璃衬底，去除导电玻璃衬底表面沾污层，得到清洁的导电玻璃衬底，于干燥箱中进行60°C干燥处理；b.按照去离子水和12M HCl溶液的体积比为1: f 1:2的配制HCl反应液；
c.取质量分数为98%的钛酸四正丁酯溶液，并按照体积比为1:3(Tl:60的比例加入到上述HCl反应液中，搅拌至完全溶解；d.将Zn (NO3) 2 · 6H20粉末加入到步骤c中的混合溶液中，配置成质量分数为O. 0015 O. 0035g /ml的硝酸锌溶液；.e.将步骤d中的硝酸锌溶液转移至高压反应釜中，将清洗干净的导电玻璃衬底放入高压反应釜中，7(Tl00°C下反应6 12小时；f.将反应后的沉淀于导电玻璃衬底上的残留物洗干净，然后于6(T80°C干燥处理6^10小时，即得TiO2纳米多孔膜材料。步骤C中所述钛酸四正丁酯溶液中的溶剂为盐酸溶液。本发明的有益效果是采用本发明的方法制备出TiO2纳米多孔膜。这种方法为很简单的一步水热合成，且纳米多孔结构很均匀的生长于FTO上，此外，每一个孔洞均呈现出多层孔状叠加结构。
图1是二氧化钛纳米多孔膜材料的扫描电镜图，其形貌为多层次生长的孔洞结构。
具体实施例方式本发明提出制备生长于FTO上的均匀TiO2纳米多孔膜结构的方法。下面结合附图和实施例对本发明予以进一步说明。实施例一1.清洗FTO衬底利用丙酮超声清洗lOmin，然后用去离子水和无水乙醇超声清洗各20min。去除FTO表面沾污层，得到清洁的FTO衬底，干燥箱中进行60°C干燥处理。所用超纯水电阻率需在16 Ω · cm以上；2.分别量取12mol/L的HCl溶液和去离子水各15ml放入50ml烧杯中，磁力搅拌IOmin均匀分散后得到澄清溶液；3.用移液器精确称取O. 5ml质量分数为98%钛酸四正丁酯溶液为二氧化钛前驱体材料，加入到步骤2中所述的小烧杯中，继续搅拌IOmin至充分溶解；4.用电子天平称取O. 12g Zn (NO3) 2 · 6H20加入到步骤3中的混合溶液中，继续磁力搅拌15min ；.5.将最后得到的步骤4中的混合溶液转移至50ml高压反应釜中；6.将步骤I中所述清洗干净的FTO放入步骤5所述的高压反应釜中，100°C下反应8小时；7.将反应后的沉淀于FTO上的残留物用去离子水及无水乙醇冲洗干净，在FTO玻璃上可见一层较透明的二氧化钛膜，然后在60°C干燥箱中进行干燥处理6小时，即在FTO上制得TiO2纳米多孔膜材料。加入的Zn (NO3) 2·6Η20提供了较大浓度金属阳离子，因而抑制了二氧化钛某一晶向的生长速度，使得反应产物为TiO2纳米多孔膜结构，而不是密集的TiO2纳米柱阵列，如图1所示。实施例二1.清洗FTO衬底利用丙酮超声清洗lOmin，然后用去离子水和无水乙醇超声清洗各20min。去除FTO表面沾污层，最后得到清洁的FTO衬底，干燥箱中进行60°C干燥处理。所用超纯水电阻率需在16 Ω ^cm以上；2.分别量取12mol/L的HCl溶液和去离子水各15ml和20ml放入50ml烧杯中，磁力搅拌IOmin均匀分散后得到澄清溶液；3.用移液器精确称取O. 6ml质量分数为98%钛酸四正丁酯溶液为二氧化钛前驱体材料，加入到步骤2中所述的小烧杯中，继续搅拌IOmin至充分溶解；4.用电子天平称取O. 15g Zn (NO3)2- 6H20加入到步骤3中的混合溶液中，继续磁力搅拌15min ；5.将最后得到的步骤4中的混合溶液转移至50ml高压反应釜中；6.将步骤I中所述清洗干净的FTO 放入步骤5所述的高压反应釜中，90°C下反应9小时；7.将反应后的沉淀于FTO上的残留物用去离子水及无水乙醇冲洗干净，在FTO玻璃上可见一层较透明的二氧化钛膜，然后在65°C干燥箱中进行干燥处理8小时，即在FTO上制得TiO2纳米多 孔膜材料。
权利要求
1.一种TiO2纳米多孔膜材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下 a.清洗导电玻璃衬底，去除导电玻璃衬底表面沾污层，得到清洁的导电玻璃衬底，于干燥箱中进行60°C干燥处理； b.按照去离子水和12MHCl溶液的体积比为1: f 1:2的配制HCl反应液； c.取质量分数为98%的钛酸四正丁酯溶液，并按照体积比为1:3(Tl:60的比例加入到上述HCl反应液中，搅拌至完全溶解； d.将Zn(NO3) 2*6H20粉末加入到步骤c中的混合溶液中，配置成质量分数为0. 0015 0. 0035g /ml的硝酸锌溶液；. e.将步骤d中的硝酸锌溶液转移至高压反应釜中，将清洗干净的导电玻璃衬底放入高压反应釜中，7(Tl00°C下反应6 12小时； f.将反应后的沉淀于导电玻璃衬底上的残留物洗干净，然后于6(T80°C干燥处理6^10小时，即得TiO2纳米多孔膜材料。
2.根据权利要求1所述TiO2纳米多孔膜材料的制备方法，其特征在于，步骤c中所述钛酸四正丁酯溶液中的溶剂为盐酸溶液。
全文摘要
本发明属于纳米材料技术领域的一种TiO2纳米多孔膜材料的制备方法。本发明的方法直接用导电玻璃为衬底，采用钛酸丁酯为钛源，利用一步水热法合成TiO2纳米多孔膜材料，此种方法简单易得到均匀的TiO2多层孔洞纳米薄膜，且TiO2纳米多孔膜直接生长于FTO衬底上，与导电基底形成更好的导电通道，更利于电子的传输，在太阳能电池领域将有更广泛的应用价值。
文档编号C03C17/23GK103030304SQ201310008110
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者李美成, 姜永健, 陈召, 谷田生, 黄睿, 范汇洋 申请人:华北电力大学