本發明涉及材料技術領域，特別涉及一種多孔二氧化鈦薄膜及其制備方法。

背景技術：

多孔TiO₂電極一般采用電解-剝離-粘貼的方法得到，但是存在粘附不牢的缺點。目前多數通過電解鈦片得到多孔TiO₂薄膜或者TiO₂納米管陣列薄膜，并將其應用于太陽能電池中以提高光伏效應。為了便于在太陽能電池方面的應用，電解得到的TiO₂薄膜需要從鈦片基底上剝離再粘貼在透明的FTO或者ITO導電玻璃上，采用這種方法很難得到大塊完整的多孔TiO₂薄膜或者TiO₂納米管，粘貼在導電玻璃上的TiO₂薄膜或者TiO₂納米管薄膜也不牢固。在光催化反應中，將TiO₂粉體加入污水中進行光催化后TiO₂難以回收，容易對水體造成二次污染。

技術實現要素：

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種多孔二氧化鈦薄膜及制備方法。所述技術方案如下：

一方面，提供了一種多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)材料的預處理

把鈦片剪成絲狀，超聲清洗，其中超聲清洗的溶劑依次分別為丙酮、無水乙醇、蒸餾水，將清洗后的鈦片于烤箱中，烘干，備用；

(2)真空蒸發鍍膜

稱取0.2-0.6g的鈦，在壓強為3.0×10^-3Pa、蒸發電流為240A的環境下，以潔凈的導電玻璃(FTO/glass)為載體，在真空蒸發系統中鍍膜，得到Ti/FTO/glass，在壓強為3.0×10^-3Pa、溫度為500℃的環境下退火，冷卻；

(3)多孔二氧化鈦薄膜的制備

將步驟(2)得到的Ti/FTO/glass在5-30V的電壓下電解完成后在450-600℃的環境下退火，即得。

進一步地，所述步驟(1)每種溶劑的超聲時間均為10min。

進一步地，所述步驟(1)的烘烤溫度為80℃。

進一步地，所述步驟(2)鈦的質量為0.4g。

進一步地，所述步驟(2)的退火時間為30min，溫度為500℃。

進一步地，所述步驟(3)的電解液為0.3mol/L的氟化銨的乙二醇溶液，所述電壓為20V。

進一步地，所述步驟(3)中待Ti/FTO/glass電解至淺灰色時取出退火。

進一步地，所述步驟(3)的退火時間為30min，退火溫度為500℃。

另一方面，提供了一種多孔二氧化鈦薄膜，所述多孔二氧化鈦薄膜是由上述制備方法制備而成。

有益效果：與現有技術相比，本發明所述技術方案在導電玻璃上得到了粘附牢固的多孔TiO₂薄膜，本發明所述的TiO₂多孔薄膜，TiO₂粘附在FTO/glass襯底上，使用完畢之后有利于回收，有效避免了對水體造成的二次污染。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的FTO/glass上的多孔二氧化膜表面圖；

圖2是本發明實施例提供的FTO/glass上的多孔二氧化鈦薄膜截面圖；

圖3是發明實施提供的BFO/TiO₂/FTO/glass的XRD圖；

圖4是發明實施提供的BFO/TiO₂/FTO/glass的截面圖

圖5是發明實施1提供的BFO/TiO₂/FTO/glass與BFO/FTO/glass各自的光電流與暗電流的對照圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

實施例1

(1)材料的預處理

把鈦片剪成絲狀，放在丙酮中用克力超聲振蕩器中超聲10min后，用無水乙醇在克力超聲振蕩器中超聲10min后，用蒸餾水在克力超聲振蕩器中超聲10min，得到光亮的鈦，在烤箱中80℃烘干，備用。

(2)真空蒸發鍍膜

稱取0.4g的鈦，放入JS-300Z型高真空蒸發鍍膜系統中。在壓強為3.0×10^-3Pa、蒸發電流為240A的環境下，把鈦蒸鍍到潔凈的FTO/glass上。把Ti/FTO/glass在壓強為3.0×10^-3Pa、溫度為500℃的環境下，退火30min，冷卻。

(3)多孔二氧化鈦薄膜的制備

配置氟化銨為溶質、乙二醇為溶劑配置0.3mol/L的氟化銨的乙二醇電解液。Ti/FTO/glass在5V(電壓升高的速率5V/30S)的電壓下電解，待僅有少量的Ti剩下時取出，此時Ti呈灰色。在500℃的環境下退火30min，得到透明的多孔TiO₂薄膜。

(4)多孔二氧化鈦薄膜的應用

以TiO₂/FTO/glass為基底，將其作為光陽極應用在太陽能電池中。將具有光伏效應的材料BiFeO₃沉積到多孔TiO₂薄膜中，既能及時導出太陽光激發出的載流子，也能增大太陽光的吸收，進而提高太陽能電池的光伏效應。

我們用溶膠-凝膠法在TiO₂/FTO/glass基底上制備鐵酸鉍(BFO)薄膜BFO/TiO₂/FTO/glass。

在圖3中我們分別觀察到了TiO₂和BiFeO₃的峰，說明我們的TiO₂和BiFeO₃都結晶良好。

將圖4和圖1、圖2對比，我們可以看出BiFeO₃完全填充了二氧化鈦的空隙，有效的增大了BiFeO₃與TiO₂的接觸面積。圖4中我們對比BFO/TiO₂/FTO/glass與BFO/FTO/glass的光伏效應，發現前者的光伏效應是后者的幾百倍，多孔的二氧化鈦薄膜極大的提高了BFO的光伏效應。

實施例2

(1)材料的預處理

把鈦片剪成絲狀，放在丙酮中用克力超聲振蕩器中超聲10min后，用無水乙醇在克力超聲振蕩器中超聲10min后，用蒸餾水在克力超聲振蕩器中超聲10min，得到光亮的鈦，在烤箱中80℃烘干，備用。

(2)真空蒸發鍍膜

稱取0.2g的鈦，放入JS-300Z型高真空蒸發鍍膜系統中。在壓強為3.0×10^-3Pa、蒸發電流為240A的環境下，把鈦蒸鍍到潔凈的FTO/glass上。把Ti/FTO/glass在壓強為3.0×10^-3Pa、溫度為500℃的環境下，退火30min，冷卻。

(3)多孔二氧化鈦薄膜的制備

配置氟化銨為溶質、乙二醇為溶劑配置0.3mol/L的氟化銨的乙二醇電解液。Ti/FTO/glass在30V(電壓升高的速率5V/30S)的電壓下電解，待僅有少量的Ti剩下時取出，此時Ti呈灰色。在450℃的環境下退火30min，得到透明的多孔TiO₂薄膜。

(4)多孔二氧化鈦薄膜的應用

把TiO₂/FTO/glass作為電極用于新型有機鈣鈦礦結構太陽能電池的應用，比如用TiO₂/FTO/glass作光陽極，將甲胺碘鉛旋涂到多孔的TiO₂中，可以增加甲胺碘鉛的吸光性。

實施例3

(1)材料的預處理

把鈦片剪成絲狀，放在丙酮中用克力超聲振蕩器中超聲10min后，用無水乙醇在克力超聲振蕩器中超聲10min后，用蒸餾水在克力超聲振蕩器中超聲10min，得到光亮的鈦，在烤箱中80℃烘干，備用。

(2)真空蒸發鍍膜

稱取0.6g的鈦，放入JS-300Z型高真空蒸發鍍膜系統中。在壓強為3.0×10^-3Pa、蒸發電流為240A的環境下，把鈦蒸鍍到潔凈的FTO/glass上。把Ti/FTO/glass在壓強為3.0×10^-3Pa、溫度為500℃的環境下，退火30min，冷卻。

(3)多孔二氧化鈦薄膜的制備

配置氟化銨為溶質、乙二醇為溶劑配置0.3mol/L的氟化銨的乙二醇電解液。Ti/FTO/glass在20V(電壓升高的速率5V/30S)的電壓下電解，待僅有少量的Ti剩下時取出，此時Ti呈灰色。在600℃的環境下，退火30min，得到透明的多孔TiO₂薄膜。

(4)多孔二氧化鈦薄膜的應用把TiO₂/FTO/glass多孔薄膜作為電極用于光催化，可以降解如氯仿、多氯聯苯、有機磷化合物、多環芳烴等，由于TiO₂納米粒子在FTO襯底上有較好的粘附性，TiO₂多孔薄膜結構既具有粉體接觸面積大的優點，又具有薄膜可回收的優點。

本發明所述的多孔TiO₂薄膜還可以作為電極應用在電化學工藝中，如電解水、原電池，催化劑的反應容器，將催化劑涂到多孔TiO₂薄膜中，然后放入待催化的發反應物中，極大的增加了催化劑與反應物的接觸面積，提高了反應速率。

以上所述僅是本發明較佳的具體實施方式。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，本發明不僅限于此，在不脫離本發明技術方案的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些和潤飾也應視為本發明的保護范圍。