專利名稱：一種多孔鈦的制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種多孔鈦的制備方法及其在光伏產業化中的應用，具體的說，涉及一種在草酸溶液中處理后再在由普通酸或鹽、水、腐蝕性酸組成的電解液中進行陰極刻蝕得到多孔鈦，將此鈦網應用到太陽能電池的串并聯組件的制備上取得了良好的效果。
背景技術：
鈦及鈦合金具有低密度、高比強度、生物相容性好和抗腐蝕等優異的性能，在航空航天、生物醫學等領域有重要的應用。在生物醫學領域，鈦能在人體體液中快速形成鈍化膜，從而阻止鈦向人體釋放金屬離子，將鈦及鈦合金做成具有多孔結構的生物植入材料，使其成為理想的人工骨修復材料已經引起了人們極大的興趣。陰極還原鈦通常被用來修飾鈦表面微觀結構，根據不同制備方法能形成不同厚度 氧化層，這能増加生物兼容性，促進鈦植入物與周圍組織的生長結合。陰極刻蝕在現實中普遍存在于原電池、電解池中，陰極刻蝕存在于大部分エ業生產中，能造成不必要的金屬損失。陰極刻蝕能夠發生于大部分金屬，陰極刻蝕ー個金屬電極能快速將金屬溶解消散于此金屬納米粒子的懸濁液中。用這種方法能夠制備出顆粒小、干凈、催化性能好的納米粒子，得到的產物可直接用于催化領域。鈦由于容易形成鈍化膜而不易受到腐蝕，但是，在有F-存在的情況下，其耐腐蝕性就會大大降低，能夠被刻成多孔結構，甚至被銷蝕至消失。染料敏化納米晶太陽能電池(DSSC)作為新一代電池，以其低廉的成本和簡單的エ藝而廣泛贏得人們的重視。但有限的電流電壓影響了其產業化發展，串并聯組件可増加電池的電流電壓，從而解決這個不利因素。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種エ藝簡單、操作簡便的多孔鈦的制備方法。本發明是通過以下技術方案實現的將預處理過的金屬鈦片放入草酸溶液中處理，再在由腐蝕性酸、普通酸或鹽和溶劑組成的體系中進行陰極刻蝕，隨后經過水洗干燥，即可制得多孔鈦網。將此鈦網應用于太陽能電池的串并聯組件上已取得良好效果。本發明提出的一種制備多孔鈦的方法，其具體步驟如下(I)金屬鈦片的草酸溶液處理將金屬鈦片首先用清洗劑、去離子水、無水こ醇分別超聲洗滌5 20分鐘后,用水洗后烘干,然后用濃度為5 20wt%的草酸溶液在80 100°C下恒溫刻蝕O. 5 20小時，然后用去離子水沖洗干凈，烘干備用。(2)電化學陰極刻蝕將處理好的金屬鈦放入由腐蝕性酸、水和普通酸或鹽以摩爾比為I : a b(其中，a為5 300，b為O 30)組成的電解液中作為陰極，陽極材料不限，保持極間距為O. 5 5cm，以O 10V/min的加壓速率緩慢升壓到O 100V，陰極刻蝕5 120分鐘。或者通過調節電壓或者酸的濃度來控制恒定電流密度為0-0. 5A/cm2。本發明以金屬鈦為基底，在腐蝕性酸，普通酸或鹽和水體系中，經酸處理及陰極刻蝕制得了多孔鈦網，通過控制電解時間和電解電壓或者電流密度可以在金屬鈦表面得到不同厚度、孔徑大小不同、表面顔色不同的多孔鈦網。所制得的多孔鈦網具有顯著的介孔結構特征，比表面積大、性質穩定。本發明エ藝簡單，操作方便，容易實現大規模生產，制得的多孔鈦網可用于光伏產業、光催化、電催化及醫學等多方面領域并具有很好的應用前景。


圖I是實施例1、2、3制備的多孔鈦的數碼照片圖Ia為實施例1、2、3制備多孔鈦的以A4紙為背景的數碼照片，圖Ib為實施例I、 2、3制備多孔鈦的以電腦屏幕為背景的數碼照片，這顯示了其具有多孔結構。圖2是實施例4制備的多孔鈦的數碼照片
圖2a為實施例4制備多孔鈦的以A4紙為背景的數碼照片，圖中顯示表面為金屬色，圖2b為實施例4制備的多孔鈦的以電腦屏幕為背景的數碼照片，圖中顯示其具有多孔結構。圖3是實施例2制備的多孔鈦的XRD圖譜圖4是實施例2制備的多孔鈦的SEM照片圖5是實施例2制備的多孔鈦的FESEM照片圖6是實施例5制備的染料敏化太陽能電池的I-V曲線。用實施例I制備的多孔鈦網來制備雙面對電極，兩片玻璃光陽極組成的并聯染料敏化太陽能電池的I-V曲線示意圖，電池面積為O. 4*0. 4cm2。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明做進ー步說明，其目的僅在于更好的理解本發明的內容，但本發明的保護范圍不受所舉之例的限制。實施例I(I)將IOOum厚鈦片裁剪成面積為I. 4*1. 9cm2的規格，分別用洗潔精、水、無水こ醇各超聲清洗lOmin，用水沖洗烘干后，放入10w%的草酸水溶液中100°C處理3h，用水沖洗干凈，烘干得到表面干凈且微觀不平的鈦片。(2)將上述處理過的鈦片作為陰極，用面積為3*3. 5cm2的鈦片作陽極，兩極鈦片中心在垂直于兩鈦片的中心線上，且兩極間距1cm。放入由HF，CH3COOH和H2O按體積比為1:5: 40組成的電解液中，5min內升壓至20V，陰極刻蝕25min，用水沖洗干凈烘干得到多孔欽網。實施例2(I)將IOOum厚鈦片裁剪成面積為4. 5*4. 5cm2的規格，分別用洗潔精、水、無水こ醇各超聲清洗lOmin，用水沖洗烘干后，放入10w%的草酸水溶液中100°C處理3h，用水沖洗干凈，烘干得到表面干凈且微觀不平的鈦片。(2)將上述處理過的鈦片作為陰極，用面積為5*5cm2的鈦片做陽極，兩極中心對齊且鈦片平行間距為lcm。放入初始由HF，CH3COOH和H2O按體積比為I : 15 100組成的電解液中，通過不斷改變電壓、少量不斷添加HF，控制電流恒定在O. 5A，陰極刻蝕50min。沖洗干凈烘干得到多孔鈦網。實施例3
(I)將IOOum厚鈦片裁剪成面積為4. 5*4. 5cm2的規格，分別用洗潔精、水、無水こ醇各超聲清洗lOmin，用水沖洗干凈烘干后，放入15w%的草酸水溶液中100°C處理5h，用水沖洗干凈，烘干得到表面干凈且微觀不平的鈦片。(2)上述處理過的鈦片作為陰極，用面積為5*5cm2的鈦片做陽極，兩極中心對齊且鈦片平行間距為lcm。放入由HF，CH3COOH和H2O按體積比為I : 10 : 80組成的電解液中，以2V/min升壓速率升壓至20V，陰極刻蝕lOOmin，用水沖洗干凈，烘干得到對應的多孔鈦網。實施例4(I)將IOOum厚鈦片裁剪成面積為2*2cm2的規格，分別用洗潔精、水、無水こ醇各超聲清洗lOmin，用水沖洗干凈烘干后，放入15w%的草酸水溶液中100°C處理5h，用水沖洗 干凈，烘干得到表面干凈且微觀不平的鈦片。(2)上述處理過的鈦片作為陰極，用面積為3*3cm2的鈦片做陽極，兩極中心對齊且鈦片平行間距為lcm。放入由HF，CH3COOH和H2O按體積比為I : 10 80組成的電解液中，施加電壓為Ov，陰極刻蝕90min，用水沖洗干凈，烘干得到對應的多孔鈦網。實施例5(I)將兩片導電玻璃用40mM的TiCl4水溶液70°C下浸泡30min，后用去離子水和無水こ醇分別沖洗I次，烘干備用。(2)用實驗室自制的ニ氧化鈦粉末與こ基纖維素、松油醇以質量比為20 7 73配制研磨成漿料，用絲網印刷法分別在兩片玻璃導電面印刷上面積為O. 16cm2的ニ氧化鈦漿料，烘干。450°C燒結30min。用40mM TiCl4溶液70°C處理30min后，再450°C燒結30min。(3)在80°C取出后直接浸入300mM的N719染料中，黑暗條件下保持24h。取出后用こ醇沖洗干凈，烘干，備用。(4)將實施例3制備的多孔鈦網兩面用絲網印刷法分別涂覆上兩層氯鉬酸松油醇溶液，400°C燒結20min。得到雙面對電極。
(5)將兩片玻璃光陽極與雙面多孔鈦對電極組裝成三明治式并聯太陽能電池，測得I-V曲線如圖5。
權利要求
1.一種多孔鈦的制備方法，其特征在于，將鈦片經過前期處理，再用酸溶液在一定溫度下處理一定時間，將處理過的鈦片做陰極，陽極材料不限，在由酸、水、酸或鹽以一定比例配成的電解液中在一定電壓或電流條件下電解5 120分鐘，即可得到孔徑大小、表面顏色黑白可控的多孔鈦網。
2.如權利要求I所述的一種多孔鈦的制備方法，其特征在于，電解液是由酸，水，酸或鹽按照摩爾比為I : a b配制而成，其中，a為5 500，b為O 30。
3.如權利要求2所述的電解液，其特征在于，酸可以是氫氟酸或其他具有腐蝕性有機酸或者無機酸，酸或鹽是指可增加電解液導電性的普通酸或鹽，例如醋酸、草酸、鹽酸、磷酸、氯化鈉、硫酸鈉等。
4.如權利要求I所述的一種多孔鈦的制備方法，所說的孔徑大小、表面顏色黑白可控是指通過適度控制權利要求2中的a、b值、電流密度大小、電解時間和施加電壓中的一項或幾項而得到實現。
5.如權利要求I所述的一種多孔鈦的制備方法，其特征在于，加壓速率為O IOV/min,電解電壓為O 60V，電解過程中電極的間距須保持為O. 5 IOcm ;或者控制電流密度為 O O. 5A/cm2。
6.如權利要求I所述的一種多孔鈦的制備方法，其特征在于，所述的鈦片前期處理是指，金屬鈦片經過清洗劑、去離子水、乙醇分別超聲洗滌5 20分鐘后，烘干。
7.如權利要求I所述的一種多孔鈦的制備方法，其特征在于，所述的用草酸溶液前處理鈦片，其中所用草酸溶液濃度為5 20wt%，溶劑為水或乙醇或其他有機溶劑；處理時草酸溶液需保溫在40 100°C，處理時間為O. 5 20小時。
8.權利要求I 7所述方法制備的多孔鈦，由于其具有多孔結構，光(液體)透過性好和導電性能好，非常適合制備電極材料如光伏電極，鋰離子電池電極，燃料電池電極，工業電解電極等；也可應用于醫學領域人工骨，牙齒種植體材料，多孔鈦也可以應用于膜分離或者膜反應器領域；在諸多應用領域中，此多孔鈦尤其適用于柔性染料敏化太陽能電池的串并聯結構組裝。
全文摘要
本發明提供了一種新的多孔鈦的化學制備方法，以金屬鈦片為基底，經表面除污清洗處理后，在草酸溶液中處理一定時間，得到凹凸不平的鈦片后在普通酸或鹽、溶劑、腐蝕性酸組成的體系中采用電化學陰極刻蝕法在陰極2～40V電壓下電解一段時間后，得到大小不一、孔徑可控，鈦表面顏色黑白可控的多孔鈦網。本發明工藝簡單、操作方便、設備要求低、條件易控，制得的多孔鈦網性質穩定、厚度低、柔軟，在光伏、光催化、電催化、醫學等相關領域有很好的應用前景。
文檔編號C25F3/08GK102660765SQ20121009420
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者周幸福, 解海先, 邵長林 申請人:南京工業大學