国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦復(fù)合膜的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體薄膜的制備方法，特指一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦復(fù)合膜的制備方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用聚苯乙烯微球?yàn)槟０咫姵练e制得多孔二氧化鈦薄膜，除去模板后通過(guò)洗滌、過(guò)濾、干燥、煅燒后得銳鈦礦二氧化鈦，再在薄膜上循環(huán)伏安沉積石墨烯即得到石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜。該方法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)人或環(huán)境無(wú)危害，價(jià)格低廉，易于控制，石墨烯層能覆蓋在二氧化鈦上，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦復(fù)合膜的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體薄膜的制備方法，特指一種制備石墨烯修飾多孔二氧化鈦復(fù)合膜的方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]與其他碳材料相比，石墨烯具有良好的電學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，是傳輸電子的優(yōu)良材料，且石墨烯較大的比表面積也使其具有很強(qiáng)的吸附性能。單一的納米材料已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)先進(jìn)材料的需求，具有各種優(yōu)良性能的納米復(fù)合材料已受到人們的普遍關(guān)注。若將石墨烯復(fù)合到催化材料中，將得到多種性能顯著提高的先進(jìn)功能材料。相關(guān)研究表明，具有大的比表面積和高的導(dǎo)電能力的石墨烯不僅能有效降低二氧化鈦的光生載流子的復(fù)合率，拓展其對(duì)光的吸收，還能有效提高二氧化鈦對(duì)有機(jī)污染物分子的吸附能力。
[0003]石墨烯有多種制備方法，包括機(jī)械剝離，外延生長(zhǎng)，化學(xué)還原和化學(xué)氣相沉積，在這諸多方法中，尤以電化學(xué)還原最受關(guān)注。傳統(tǒng)的電化學(xué)方法制備石墨烯通常分為兩步:將氧化石墨溶液沉積到電極表面再進(jìn)行還原。最新的研究發(fā)現(xiàn)采用循環(huán)伏安法可以一步實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯在波碳電極上的還原和沉積。
[0004]納米粒子具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，常規(guī)半導(dǎo)體材料所沒(méi)有的獨(dú)特的光、電、磁、熱以及光催化性能等，因而在納米材料中不斷得到發(fā)掘。納米二氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)正是其中最具應(yīng)用價(jià)值的材料之二，加之其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、來(lái)源廣泛、成本低廉及無(wú)毒環(huán)保等特點(diǎn)，其應(yīng)用研究涉及廣泛。
[0005]納米T12是一種寬禁帶η型半導(dǎo)體材料，有獨(dú)特的光電及光化學(xué)特性，由于尺寸小、比表面積大，表現(xiàn)出較高的化學(xué)活性和選擇性，可作為活性物質(zhì)用于多種催化反應(yīng)中。由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)、非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等特性，在光催化、太陽(yáng)能電池、傳感器、以及電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]與其他納米晶體材料制備方法相比，電沉積法具備以下主要優(yōu)點(diǎn):(1)可在常溫下進(jìn)行；(2)可以獲得晶粒尺寸在1-1OOnm的多種納米晶體材料，并可以應(yīng)用于批量生產(chǎn)；
(3)制得的納米晶體材料密度高且孔隙率極低，結(jié)晶組織取決于電沉積參數(shù)，晶粒尺寸分布；(4)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，可直接獲得大批量納米晶體材料；(5)電沉積法工藝靈活，膜層厚度易于控制，容易由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；(6)有很好的經(jīng)濟(jì)性和較高的生產(chǎn)效率。采用本法制備石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜，具有工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、對(duì)設(shè)備要求低、容易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明以天然鱗片石墨制備氧化石墨并于磷酸鹽緩沖液中超聲分散得到氧化石墨烯、以硫酸氧鈦為鈦源，通過(guò)恒電勢(shì)陰極電沉積法分別沉積并經(jīng)相關(guān)后處理制得目標(biāo)產(chǎn)物，原料易于得到，成本低廉，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下: 一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于采用電化學(xué)沉積法制備薄膜:
(1)根據(jù)無(wú)皂乳液聚合法合成聚苯乙烯(簡(jiǎn)寫(xiě)PS)微球，并以ITO導(dǎo)電玻璃為基底制備聚苯乙烯微球模板(參考文獻(xiàn):范榮玉，鄭細(xì)鳴.無(wú)皂乳液聚合法制備單分散大粒徑聚苯乙烯微球研究[J].廣西輕工業(yè)，2007，2，34-36 ;淮路楓，楊明.無(wú)皂乳液聚合制備微米級(jí)單分散聚苯乙烯微球[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，27 (4):30-32)；
(2)首先配置先驅(qū)體溶液，電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液；然后進(jìn)行電化學(xué)沉積，將硫酸氧鈦溶液轉(zhuǎn)入三電極體系沉積；
(3)將產(chǎn)物用去離子水沖洗、自然干燥，用甲苯?jīng)_洗以除去聚苯乙烯微球并煅燒，即制得二氧化鈦薄膜；
(4)以天然鱗片石墨按照改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨，并于磷酸鹽緩沖液中超聲分散得到氧化石墨烯溶液；
(5)電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入新的三電極體系，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯。
[0009](6)將得到的石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜用去離子水沖洗、自然干燥、備用。
[0010]其中步驟(I)中制得的聚苯乙烯微球粒徑為500nm，粒徑分散度低。
[0011]其中步驟(2)中所述的硫酸氧鈦濃度為0.015-0.025M ;所述的三電極體系中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，所述的沉積條件為室溫下沉積，沉積時(shí)間15?30min，沉積電位-1.Γ-1.5V。
[0012]其中步驟(3)中所述的煅燒為400°C煅燒Ih。
[0013]其中步驟(4)中氧化石墨烯濃度為0.5mg mL'
[0014]其中步驟(5)中所述的新的三電極體系中將步驟(3)制得的二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極；所述的循環(huán)伏安法沉積石墨烯的循環(huán)電位范圍-1.5?IV，速度50mv s_S循環(huán)圈數(shù)1(Γ30圈。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本工藝采用聚苯乙烯微球?yàn)槟０澹ㄟ^(guò)電沉積法制備納米二氧化鈦，除去模板后經(jīng)煅燒過(guò)程得到的是銳鈦礦二氧化鈦多孔薄膜。后經(jīng)電化學(xué)一步還原在多孔二氧化鈦薄膜上沉積石墨烯。最終得到的多孔且修飾了具有優(yōu)異導(dǎo)電性質(zhì)的石墨烯的結(jié)構(gòu)能夠大大提高電極的電化學(xué)性質(zhì)，如在雙氧水等的檢測(cè)試驗(yàn)中獲得了優(yōu)異的測(cè)試結(jié)果；且本工藝還具有易于控制，成本低，工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1:㈧是實(shí)例I所得材料的SEM圖，⑶是實(shí)例2所得材料的SEM圖，(C)是實(shí)例3所得材料的SEM圖，⑶是實(shí)例4所得材料的SEM圖。
[0017]圖2: (a )實(shí)施例1所得材料的XRD圖，(b )實(shí)施例3所得材料的XRD圖，(c )實(shí)施例4所得材料的XRD圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0019]聚苯乙烯模板制備:
為除去苯乙烯中的阻聚劑，將苯乙烯依次用0.1 M NaOH溶液和二次去離子水洗滌四次。將15 mL洗滌好的苯乙烯單體與150 mL二次去離子水加入到250 mL的三頸燒瓶中，三頸燒瓶的頸口分別設(shè)有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)，聚合反應(yīng)前先通入高純N2約10 min以除去瓶?jī)?nèi)與混合溶液中的空氣，將引發(fā)劑過(guò)硫酸銨溶于10 mL 二次去離子水中，加熱至70 °C后在20 min內(nèi)滴加入到三頸燒瓶中，持續(xù)30 min攪拌使三頸燒瓶?jī)?nèi)充分均勻分散，反應(yīng)在持續(xù)攪拌下進(jìn)行冷凝回流6小時(shí)，反應(yīng)溫度控制在70±2 V,反應(yīng)結(jié)束后，將制得的乳液使用雙層快速濾紙進(jìn)行抽濾以除去溶液中大顆粒聚合物，得到粒徑均勻的PS微球乳液，靜置備用。
[0020]在ITO玻璃片上組裝單層PS微球模板之前，先將玻璃片分別用去離子水、乙醇、去離子水預(yù)處理。將準(zhǔn)制備好的PS微球乳液滴在經(jīng)過(guò)處理的水平橫放的ITO玻璃片上，使其浸潤(rùn)，覆蓋住指定區(qū)域，隨后將該玻璃片垂直豎立使基片表面的微球乳液液體自然蒸發(fā)，從而得到單層PS微球模板。為增強(qiáng)PS微球與玻璃基片之間的結(jié)合力，將此模板在105 °〇條件下加熱5 min。
[0021]實(shí)施例1:
1.配置先驅(qū)體溶液。電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液，硫酸氧鈦溶液濃度0.015M。
[0022]2.電化學(xué)沉積，將先軀體溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，沉積時(shí)間15min，沉積電位-1.3V;沉積完畢將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗、用甲苯?jīng)_洗除去模板、自然干燥、400°C煅燒lh，得多孔二氧化鈦薄膜。
[0023]3.電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以前面制得的多孔二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯，循環(huán)電位范圍-1.5?IV，循環(huán)圈數(shù)10圈，速度50mv s—1 ;沉積完畢反復(fù)用去離子水沖洗、自然干燥。其掃描電子顯微鏡圖如圖1中A圖，XRD圖見(jiàn)圖2中a圖。
[0024]實(shí)施例2:
1.配置先驅(qū)體溶液。電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液，硫酸氧鈦溶液濃度0.015M。
[0025]2.電化學(xué)沉積，將先軀體溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，沉積時(shí)間15min，沉積電位-1.5V;沉積完畢將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗、用甲苯?jīng)_洗除去模板、自然干燥、400°C煅燒lh，得多孔二氧化鈦薄膜。
[0026]3.電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以前面制得的多孔二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯，循環(huán)電位范圍-1.5?IV，循環(huán)圈數(shù)20圈，速度50mv s—1 ;沉積完畢反復(fù)用去離子水沖洗、自然干燥。其掃描電子顯微鏡圖片如圖1中B圖。
[0027]實(shí)施例3:
1.配置先驅(qū)體溶液，電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液，硫酸氧鈦溶液濃度0.020M。
[0028]2.電化學(xué)沉積，將先軀體溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，沉積時(shí)間15min，沉積電位-1.1V；沉積完畢將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗、用甲苯?jīng)_洗除去模板、自然干燥、400°C煅燒lh，得多孔二氧化鈦薄膜。
[0029]3.電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以前面制得的多孔二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯，循環(huán)電位范圍-1.5?IV，循環(huán)圈數(shù)20圈，速度50mv s—1 ;沉積完畢反復(fù)用去離子水沖洗、自然干燥，其掃描電子顯微鏡圖如圖1中C圖，XRD圖見(jiàn)圖2中b圖。
[0030]實(shí)施例4:
1.配置先驅(qū)體溶液，電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液，硫酸氧鈦溶液濃度0.020M。
[0031]2.電化學(xué)沉積，將先軀體溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，沉積時(shí)間20min，沉積電位-1.3V ；沉積完畢將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗、用甲苯?jīng)_洗除去模板、自然干燥、400°C煅燒lh，得多孔二氧化鈦薄膜。
[0032]3.電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以前面制得的多孔二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯，循環(huán)電位范圍-1.5?IV，循環(huán)圈數(shù)30圈，速度50mv s—1 ;沉積完畢反復(fù)用去離子水沖洗、自然干燥，其掃描電子顯微鏡圖如圖1中D圖，XRD圖見(jiàn)圖2中c圖。
[0033]實(shí)施例5:
1、配置先驅(qū)體溶液，電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液，硫酸氧鈦溶液濃度0.025M。
[0034]2、電化學(xué)沉積，將先軀體溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，沉積時(shí)間15min，沉積電位-1.3V;沉積完畢將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗、用甲苯?jīng)_洗除去模板、自然干燥、400°C煅燒lh，得多孔二氧化鈦薄膜。
[0035]3、電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以前面制得的多孔二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯，循環(huán)電位范圍-1.5?IV，循環(huán)圈數(shù)30圈，速度50mv s—1 ;沉積完畢反復(fù)用去離子水沖洗、自然干燥。
[0036]實(shí)施例6:
1.配置先驅(qū)體溶液。電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦(T1SO4)作為鈦源配制電解液，硫酸氧鈦溶液濃度0.025M。
[0037]2.電化學(xué)沉積，將先軀體溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，沉積時(shí)間30min，沉積電位-1.5V;沉積完畢將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗、用甲苯?jīng)_洗除去模板、自然干燥、400°C煅燒lh，得多孔二氧化鈦薄膜。
[0038]3.電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入三電極體系，其中以前面制得的多孔二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯，循環(huán)電位范圍-1.5?IV，循環(huán)圈數(shù)30圈，速度50mv s—1 ;沉積完畢反復(fù)用去離子水沖洗、自然干燥。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，采用電化學(xué)沉積法制備薄膜，按照以下步驟進(jìn)行: (1)根據(jù)無(wú)皂乳液聚合法合成聚苯乙烯微球，并以ITO導(dǎo)電玻璃為基底制備聚苯乙烯微球模板； (2)首先配置先驅(qū)體溶液，電解液為水溶液體系，以硫酸氧鈦?zhàn)鳛殁佋磁渲齐娊庖海蝗缓筮M(jìn)行電化學(xué)沉積，將硫酸氧鈦溶液轉(zhuǎn)入三電極體系沉積； (3)將產(chǎn)物用去離子水沖洗、自然干燥，用甲苯?jīng)_洗以除去聚苯乙烯微球并煅燒，即制得二氧化鈦薄膜； (4)以天然鱗片石墨按照改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨，并于磷酸鹽緩沖液中超聲分散得到氧化石墨烯溶液； (5)電化學(xué)沉積，將氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)入新的三電極體系，采用循環(huán)伏安法室溫下沉積石墨烯； (6)將得到的石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜用去離子水沖洗、自然干燥、備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(I)中制得的聚苯乙烯微球粒徑為500nm，粒徑分散度低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的硫酸氧鈦濃度為0.015-0.025M ； 所述的三電極體系中以聚苯乙烯模板作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極； 所述的沉積條件為室溫下沉積，沉積時(shí)間15?30min，沉積電位-1.1-1.5V.
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的煅燒為400°C煅燒lh。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(4)中氧化石墨烯濃度為0.5mg mL'
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(5)中所述的新的三電極體系中將步驟(3)制得的二氧化鈦薄膜作為工作電極，鉬電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極； 所述的循環(huán)伏安法沉積石墨烯的循環(huán)電位范圍-1.5?1￥，速度50!^ s'循環(huán)圈數(shù).10?30圈。
【文檔編號(hào)】G01N27/30GK104198560SQ201410411426
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】郝臣, 沈毓儒, 周瑞, 惲悅, 徐軍浩, 周敏, 馮峰, 白毅, 王曉紅 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)