專(zhuān)利名稱：一種具有柱狀晶形貌的摻氟二氧化鈦薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ニ氧化鈦薄膜的制備方法，尤其是ー種柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜的制備方法，屬于功能薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TiO2是一種寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬度一般為3.0-3.2 eV,在紫外光下有活性，能夠產(chǎn)生大量的光電子和空穴，具有很強(qiáng)的氧化還原能力，同時(shí)成本低、原材料豐富而作為光催化物質(zhì)被廣泛的研究應(yīng)用。但是TiO2自身的光生載流子很容易復(fù)合從而限制了其在エ業(yè)上的應(yīng)用。目前很多人都是通過(guò)摻雜來(lái)降低其TiO2光生載流子的復(fù)合速率從而提高其光催化活性，其中TiOjfF引起了廣泛的關(guān)注。但是大多數(shù)研究者通過(guò)制備TiO2: F粉末來(lái)研究其光催化性能，這種方法容易對(duì)水等造成污染而且還不容易被分離出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、操作簡(jiǎn)便、具有較好光催化性能的柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜的制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:柱狀晶形貌摻氟ニ氧化鈦薄膜的制備方法是通過(guò)用溶膠ー凝膠法在基板上多次鍍膜熱處理，使制備的摻氟ニ氧化鈦薄膜生長(zhǎng)出柱狀晶形貌，從而有更好的光催化性能，具體包括如下步驟:
1)將摻氟ニ氧化錫薄膜基板清洗干凈；
2)將鈦酸四丁酯和こ酸放入こ醇中，鈦酸四丁酯:こ酸:こ醇的摩爾比為1:1.5:5-20，攪拌混合得到A溶液；將氟化銨、硝酸和水放入こ醇中，氟化銨:硝酸:水:乙醇的摩爾比為:1-5:0.7:3.8:150-200，攪拌混合得到B溶液；
3)將步驟2)中的A溶液逐滴加入B溶液中，攪拌混合均勻，得到溶膠；
4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化至少22h，得到凝膠；
5)利用旋涂?jī)x將凝膠旋涂在步驟I)的基板上，涂膜時(shí)其相対濕度為60%-70%，在70°C-100°C溫度范圍內(nèi)干燥，揮發(fā)除去こ醇，得到干膜；
6)將步驟5)得到的干膜在空氣中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度在400°C-550°C，保溫時(shí)間為 15 min 60 min ；
7)重復(fù)步驟(5)和(6)至少5次，得到柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜。本發(fā)明中對(duì)于基板的清洗，一般步驟如下:去離子水浸泡一超聲一體積濃度為37%的稀鹽酸浸泡一超聲一丙酮浸泡一超聲一こ醇浸泡一超聲一保存于こ醇中待用；
本發(fā)明利用溶膠-凝膠法制備柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜，通過(guò)多次涂膜熱處理，加上摻氟ニ氧化錫(FTO)基板籽晶層的誘導(dǎo)作用，使制備的薄膜具有柱狀形貌，由于其晶界密度較小和與基板之間的產(chǎn)生的異質(zhì)結(jié)作用，一方面可以減少對(duì)載流子運(yùn)輸?shù)淖璧K作用，另ー方面可以促進(jìn)光生載流子之間的有效分離，使之相對(duì)于顆粒狀的TiO2薄膜具有更好的光催化效果。本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單，容易在不同形狀的基板上成膜，且用料少，成本低，有利于提高TiO2的光催化和建筑節(jié)能鍍膜玻璃的エ業(yè)化應(yīng)用。


圖1是實(shí)施例1得到的薄膜的SEM圖片；
圖2是實(shí)施例1得到的薄膜的XRD圖片；
圖3是實(shí)施例2得到的薄膜的SEM圖片；
圖4是實(shí)施例2得到的薄膜的XRD圖片；
圖5是實(shí)施例3得到的薄膜的SEM圖片；
圖6是實(shí)施例3得到的薄膜的XRD圖片；
圖7是對(duì)比樣的SEM圖片；
圖8是對(duì)比樣的XRD圖片；
圖9是不同樣品光照后對(duì)羅丹明B溶液的最大吸收光譜。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例子進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1:
1)清洗FTO基板:將FTO基板在去離子水浸泡2h—超聲15min —體積濃度為37%的稀鹽酸浸泡2h —超聲15min —丙酮浸泡Ih —超聲15min —こ醇浸泡Ih —超聲15min —
保存于こ醇中待用；
2)將鈦酸四丁酯和こ酸放入こ醇中，鈦酸四丁酷:こ酸:こ醇的摩爾比為1:1.5:9，攪拌混合得到A溶液；將氟化銨、硝酸和水放入こ醇中，氟化銨:硝酸:水:こ醇的摩爾比為5:0.7:3.8:160，攪拌混合得到B溶液；
3)將步驟2)中的A溶液逐滴加入B溶液中，攪拌混合均勻，得到溶膠；
4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化22h，得到凝膠；
5)利用旋涂?jī)x將凝膠旋涂在步驟I)的FTO基板上，涂膜時(shí)其性對(duì)濕度為65%，在1000r/min轉(zhuǎn)速下勻膠9s, 2000r/min下旋涂30s,在70°C干燥15min,揮發(fā)除去こ醇得到干膜；
6)將步驟5)中得到的干膜在空氣中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為550°C，保溫時(shí)間為15min ；
7)重復(fù)上述步驟5)和6)8次得到柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜，其SEM和XRD圖片如圖1和圖2所示，其光催化性能在圖9中表示。實(shí)施例2:
1)同實(shí)施例1
2)將鈦酸四丁酯和こ酸放入こ醇中，鈦酸四丁酯:こ酸:こ醇的摩爾比為1:1.5:20，攪拌混合得到A溶液；將氟化銨、硝酸和水放入こ醇中，氟化銨:硝酸:水:こ醇的摩爾比為4:0.7:3.8:150，攪拌混合得到B溶液；
3)將步驟2)中的A溶液逐滴加入B溶液中，攪拌混合均勻，得到溶膠；
4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化22h，得到凝膠； 5)利用旋涂?jī)x將凝膠旋涂在步驟I)的FTO基板上，涂膜時(shí)其性對(duì)濕度為65%，在1000r/min轉(zhuǎn)速下勻膠9s, 2000r/min下旋涂30s,在70°C干燥15min,揮發(fā)除去こ醇得到干膜；
6)將步驟5)中得到的干膜在空氣中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為550°C，保溫時(shí)間為30min ；
7)重復(fù)上述步驟5)和6)11次，得到柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜，其SEM和XRD圖片如圖3和圖4所示，其光催化性能在圖9中表示。實(shí)施例3:
1)同實(shí)施例1
2)將鈦酸四丁酯和こ酸放入こ醇中，鈦酸四丁酯:こ酸:こ醇的摩爾比為1:1.5:5，攪拌混合得到A溶液；將氟化銨、硝酸和水放入こ醇中，氟化銨:硝酸:水:こ醇的摩爾比為:1:0.7:3.8:200，攪拌混合得到B溶液；
3)將步驟2)中的A溶液逐滴加入B溶液中，攪拌混合均勻，得到溶膠；
4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化25h，得到凝膠；
5)利用旋涂?jī)x將凝膠旋涂在步驟I)的FTO基板上，涂膜時(shí)其相対濕度為65%，在1000r/min轉(zhuǎn)速下勻膠9s, 2000r/min下旋涂30s,在70°C干燥15min,揮發(fā)除去こ醇得到干膜；
6)將步驟5)中得到的干膜在空氣中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為550°C，保溫時(shí)間為60min ；
7)重復(fù)上述步驟5)和6)20次，得到柱狀晶形摻氟ニ氧化鈦薄膜，其SEM和XRD圖片如圖5和圖6所示，其光催化性能在圖9中表示。實(shí)施例4:對(duì)比樣品
同實(shí)施例2，區(qū)別在于用溶膠ー凝膠法在基板上鍍膜11次，進(jìn)行一次熱處理，得到顆粒狀摻氟ニ氧化鈦薄膜，其SEM和XRD圖片如圖7和圖8所示，其光催化性能在圖9中表示。柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜的光催化活性好壞通過(guò)薄膜降解羅丹明B溶液后的吸收光譜最大值來(lái)評(píng)價(jià)，羅丹明B在550nm左右有一個(gè)吸收峰，吸收峰數(shù)值越低表明薄膜的光催化活性越好。具體測(cè)定方法如下:將樣品切割成IcmX Icm面積大小，放入25ml燒杯中，加入9 ml羅丹明B溶液，初始濃度為1X10_5 mol/L，放在紫外光燈(3X40w，A =254nm)下照射4h后取出，收集溶液,使用UV-VIS Spectrometer (Lambda 20)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定收集溶液的吸收光譜。從圖9中可以看出柱狀晶樣品在經(jīng)過(guò)紫外燈照射4h后對(duì)羅丹明B溶液的吸收值明顯比對(duì)比樣(顆粒狀摻氟ニ氧化鈦薄膜)的值低，這表明具有柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜具有更好的光催化性能。
權(quán)利要求
1.一種具有柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜的制備方法，包括如下步驟: 1)將摻氟ニ氧化錫薄膜基板清洗干凈； 2)將鈦酸四丁酯和こ酸放入こ醇中，鈦酸四丁酯:こ酸:こ醇的摩爾比為1:1.5:5-20，攪拌混合得到A溶液；將氟化銨、硝酸和水放入こ醇中，氟化銨:硝酸:水:乙醇的摩爾比為:1-5:0.7:3.8:150-200，攪拌混合得到B溶液； 3)將步驟2)中的A溶液逐滴加入B溶液中，攪拌混合均勻，得到溶膠； 4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化至少22h，得到凝膠； 5)利用旋涂?jī)x將凝膠旋涂在步驟I)的基板上，涂膜時(shí)其相対濕度為60%-70%，在70°C-100°C溫度范圍內(nèi)干燥，揮發(fā)除去こ醇，得到干膜； 6)將步驟5)得到的干膜在空氣中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度在400°C-550°C，保溫時(shí)間為 15 min 60 min ； 7)重復(fù)步驟(5)和(6)至少5次，得到柱狀晶形貌的摻氟ニ氧化鈦薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柱狀晶形貌的摻氟二氧化鈦薄膜的制備方法。該方法通過(guò)用溶膠-凝膠法在基板上逐次旋涂鍍膜，然后對(duì)每層薄膜進(jìn)行空氣中熱處理形成銳鈦礦型柱狀晶形貌的摻氟二氧化鈦薄膜，其表現(xiàn)出更好的光催化性能。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，不需要任何昂貴的設(shè)備，成本低，可以在任意形狀的基板上鍍膜，非常適合于二氧化鈦光催化以及建筑節(jié)能鍍膜玻璃的工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01J27/135GK103084191SQ201310032340
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者宋晨路, 王菊, 劉涌, 韓高榮, 王慷慨, 蘇婷, 楊振輝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)