陣列的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微納米材料的合成技術領域，具體涉及一種三維枝狀結構T12陣列的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著近代工業的發展，化石燃料的消耗越來越多，給地球和環境帶來了不同程度的破壞。隨著化石燃料的枯竭和對環境保護的要求，對清潔能源的需求越來越迫切。利用太陽能的太陽能電池、光電化學分解水制氫是目前最具活力的研究領域。自從1972年日本學者Fujishima和Honda采用單晶n-Ti02進行太陽能光催化分解水制氫的成功，揭開了 Ti02作為光電化學分解水光陽極的序幕。T12作為光電化學分解水的光陽極材料需要具有較大的比表面積、較高的光生電荷傳輸速率以及較多的表面活性位點。
[0003]傳統的T12納米材料，常用的有T12納米顆粒膜、多孔膜、納米棒陣列和納米管陣列等。納米顆粒膜和多孔膜由于過多的界面和缺陷，易于捕獲光生電荷，不利于光生電荷的傳輸;納米棒或納米管陣列比表面積較小，對入射光的捕獲能力相對比較差。
[0004]公開號為CN104310794A的中國專利公開了一種三維納米棒花結構的多孔T12納米晶薄膜、制備方法及應用，制得的多孔T12納米晶薄膜是納米棒和納米花的雙層結構，該結構可以增加光散射，提高對入射光的吸收，但是由于納米花和納米棒直接的接觸不夠緊密，不利于光生電荷的傳輸。
【發明內容】
[0005]本發明解決的技術問題是提供了一種具有較高光吸收和光生電荷傳輸效率的三維枝狀結構T12陣列的制備方法。
[0006]本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種三維枝狀結構T12陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為:
(1)將24mL去離子水和24mL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，攪拌至溶液澄清制得前驅物溶液，將所得的前驅物溶液轉移至水熱反應釜中，并放入潔凈的FT0，然后于150°C水熱反應10?20h，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min制得四方T12納米棒陣列；
(2)將1mL去離子水和10yL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入50?10yL三氯化鈦，混合均勻后轉移至水熱反應釜中，將步驟(I)所得的四方T12納米棒陣列放入水熱反應釜中于80?120°C水熱反應15?60min，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30min制得三維枝狀結構T12陣列。
[0007]本發明所述的三維枝狀結構T12陣列是以長度為3?4μπι、寬度為100?200nm的四方T12陣列為主干，以長度為100?200nm、寬度為30?50nm的T12短棒為枝干的三維T12陣列。
[0008]與現有技術相比，本發明第一步在FTO基底上直接生長四方T12納米棒陣列，FTO與T12納米棒直接接觸，減小接觸電阻，利用光生電子的傳輸;第二步利用TiCl3作為鈦源，大量Cl-吸附到(110)晶面上，抑制了(110)晶面的生長速率，促使金紅石晶體在(OOl)方向上生長而形成三維T12陣列。利用兩步水熱法合成三維T12陣列，具有成本低、環境友好和便于推廣等優點。此外，最終產物具有較高的光吸收和光生電荷傳輸效率，作為光電化學分解水的光陽極與四方T12納米棒陣列相比表現出優異的性質。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明實施例1制得的四方T12納米棒陣列的場發射掃描圖片；
圖2是本發明實施例1制得的三維枝狀結構T12陣列的場發射掃描圖片；
圖3是本發明實施例1制得的三維枝狀結構T12陣列的X射線衍射圖譜；
圖4是本發明實施例1制得的四方T12納米棒陣列和三維枝狀結構T12陣列在模擬太陽光照射下的光電流-電壓曲線。
【具體實施方式】
[0010]以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。
[0011]實施例1
(1)將24mL去離子水和24mL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，攪拌至溶液澄清制得前驅物溶液，將所得的前驅物溶液轉移至水熱反應釜中，并放入潔凈的導電玻璃，然后于150°C水熱反應10h，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min以提高結晶度得到四方T12納米棒陣列；
(2)將1mL去離子水和10yL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入50yL三氯化鈦，混合均勻之后轉移至水熱反應釜中，將預先合成的四方T12納米棒陣列放入水熱反應釜中于80°C水熱反應15min，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min以提高結晶度得到三維枝狀結構T12陣列。
[0012]圖1是實施例1中第一步水熱反應得到的T12納米棒陣列的場發射掃描電鏡圖片，從圖中可以看出四方的T12納米棒陣列均勻覆蓋在導電玻璃表面，納米棒的尺寸為200nm左右。圖2所示為二步水熱反應之后得到樣品的場發射掃描電鏡圖片，長度為100?200nm、寬度為30?50nm的T12短棒從四方T12納米棒表面向外輻射生長得到漂亮的三維結構。圖3所示為導電玻璃和三維T12陣列的X射線衍射圖，圖中標*的是導電玻璃基底的衍射峰，扣除導電基底的峰之外，其余的衍射峰與金紅石項T12的衍射峰一致，說明得到的T12陣列歸屬于金紅石型。圖4是T12納米棒陣列和三維T12陣列的線性掃描伏安曲線，從圖中可知三維枝狀T12陣列由于具有較高的光吸收和較快的光生電荷傳輸效率，比T12納米棒陣列表現出較高的光電流密度。
[0013]實施例2
(I)將24mL去離子水和24mL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，攪拌至溶液澄清制得前驅物溶液，將所得的前驅物溶液轉移至水熱反應釜中，并放入潔凈的導電玻璃，然后于150°C水熱反應20h，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min以提高結晶度得到四方T12納米棒陣列； (2)將1mL去離子水和10yL質量濃度為37%濃鹽酸混合均勻后加入10yL三氯化鈦，混合均勻之后轉移至水熱反應釜中，將預先合成的四方T12納米棒陣列放入水熱反應釜中于80°C水熱反應60min，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min以提高結晶度得到三維枝狀結構T12陣列。
[0014]實施例3
(1)將24mL去離子水和24mL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，攪拌至溶液澄清制得前驅物溶液，將所得的前驅物溶液轉移至水熱反應釜中，并放入潔凈的導電玻璃，然后于150°C水熱反應15h，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min以提高結晶度得到四方T12納米棒陣列；
(2)將1mL去離子水和10yL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入75yL三氯化鈦，混合均勻之后轉移至水熱反應釜中，將預先合成的四方T12納米棒陣列放入水熱反應釜中于120°C水熱反應60min，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min以提高結晶度得到三維枝狀結構T12陣列。
[0015]以上實施例描述了本發明的基本原理、主要特征及優點，本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明原理的范圍下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發明保護的范圍內。
【主權項】
1.一種三維枝狀結構T12陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)將24mL去離子水和24mL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，攪拌至溶液澄清制得前驅物溶液，將所得的前驅物溶液轉移至水熱反應釜中，并放入潔凈的FT0，然后于150°C水熱反應10?20h，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，再置于馬弗爐中于450°C煅燒30min制得四方T12納米棒陣列； (2)將1mL去離子水和10yL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入50?10yL三氯化鈦，混合均勻后轉移至水熱反應釜中，將步驟(I)所得的四方T12納米棒陣列放入水熱反應爸中于80?120°C水熱反應15?60min，自然冷卻至室溫，取出樣品，沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30min制得三維枝狀結構T12陣列。2.根據權利要求1所述的三維枝狀結構Ti O2陣列的制備方法，其特征在于:所述的三維枝狀結構T12陣列是以長度為3~4μπι、寬度為70?10nm的四方T12陣列為主干，以長度為100?200nm、寬度為30?50nm的T12短棒為枝干的三維T12陣列。
【專利摘要】本發明公開了一種三維枝狀結構TiO2陣列的制備方法，具體步驟為：（1）鈦酸四丁酯作為鈦源，在酸性條件下水解，導電玻璃作為基底，通過水熱反應制得四方TiO2納米棒陣列；（2）以四方TiO2納米棒陣列作為基底，以三氯化鈦作為鈦源進行二次水熱反應制得三維枝狀結構TiO2陣列。本發明所得的三維枝狀結構TiO2陣列具有較大的比表面積、電子傳輸的準直通道，利于對入射光的捕獲和光生電荷的傳輸，可用作太陽能電池以及光電化學分解水的光陽極材料。
【IPC分類】C01G23/053
【公開號】CN105540655
【申請號】CN201510959602
【發明人】徐芳, 白丹丹, 陳會敏, 梅晶晶, 蔣凱, 高志勇, 武大鵬
【申請人】河南師范大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月21日