本發明提供多級結構二氧化鈦納米線陣列及其制備方法，多級結構二氧化鈦納米線陣列是由二氧化鈦納米線形成的陣列，所述二氧化鈦納米線為多級結構，包括二氧化鈦單晶納米線和包覆于所述二氧化鈦單晶納米線表面的二氧化鈦納米顆粒。在二氧化鈦單晶納米線的表面包覆二氧化鈦納米顆粒，由此形成的陣列具有高比表面積和填充密度，由此可以提高陣列的電致變色性能、電容性能和光電性能等。

技術領域

本發明涉及一種多級結構二氧化鈦納米線陣列及其制備方法，屬于納米材料技術領域。具體地說，是用二氧化鈦納米顆粒包覆二氧化鈦單晶納米線，提高二氧化鈦單晶納米線陣列的填充密度和比表面積，以實現在電致變色、電化學儲能和太陽能電池等領域的應用。該制備方法可實現對二氧化鈦單晶納米線、二氧化鈦納米顆粒的厚度和尺寸分布的調控；同時，該方法具有工藝穩定可靠、操作簡單、成本低廉的特點，易于推廣應用。

背景技術

隨著能源危機和全球變暖問題的日益加劇，節能減排成為全社會關注的焦點，電致變色智能窗、電化學儲能和染料敏化太陽能電池等新能源技術應運而生。二氧化鈦是一種極其重要的能源環境材料。一方面，它具有優異的化學穩定性，并表現出良好的離子容量和贗電容性質，在電致變色智能窗和電化學儲能等領域有重要的應用前景；另一方面，它具有優異的半導體性質，是染料敏化太陽能電池中不可或缺的光陽極材料。在二氧化鈦的眾多結構中，二氧化鈦單晶納米線陣列因較大的比表面積和高孔隙率而得到廣泛研究。然而，由于受到陣列密度和納米線尺寸的限制，二氧化鈦單晶納米線陣列的比表面積和填充密度遠低于二氧化鈦納米晶薄膜，影響了其在電致變色智能窗、電化學儲能和染料敏化太陽能電池等領域的應用。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種具有高比表面積和填充密度的多級結構二氧化鈦納米線陣列及其制備方法。

本發明一形態提供一種多級結構二氧化鈦納米線陣列，其是由二氧化鈦納米線形成的陣列，所述二氧化鈦納米線為多級結構，包括二氧化鈦單晶納米線和包覆于所述二氧化鈦單晶納米線表面的二氧化鈦納米顆粒。

根據上述發明，在二氧化鈦單晶納米線的表面包覆二氧化鈦納米顆粒，由此形成的陣列具有高比表面積和填充密度，由此可以提高陣列的電致變色性能、電容性能和光電性能等，并且繼承了二氧化鈦單晶納米線陣列疏松多孔的特點，可滿足電致變色智能窗、電化學儲能和染料敏化太陽能電池等領域的要求。例如，本發明的多級結構二氧化鈦納米線陣列的在著色電壓為-1.6V時，電致變色對比度為25～40％，在著色電壓為-2.0V時，電致變色對比度為30～46％。

較佳地，所述陣列附著于基底上。所述基底優選為透明導電玻璃，更優選為可見光透過率在85％以上的透明導電玻璃。由此，本發明的多級結構二氧化鈦納米線陣列可更好地應用于電致變色智能窗、電化學儲能和太陽能電池等領域。

較佳地，所述二氧化鈦單晶納米線的直徑為50～200nm，長度為1～20μm。

較佳地，所述二氧化鈦納米顆粒的粒徑為2～15nm，包覆厚度為2～80nm。

本發明另一形態提供上述多級結構二氧化鈦納米線陣列的制備方法，包括以下步驟：

(1)在基底上形成二氧化鈦籽晶層；

(2)將形成有二氧化鈦籽晶層的基底置于水熱前驅液中進行水熱反應以在基底上附著二氧化鈦單晶納米線陣列；

(3)在二氧化鈦單晶納米線上沉積二氧化鈦納米顆粒。

較佳地，步驟(1)中，所述二氧化鈦籽晶層的厚度為5～30nm，優選地，步驟(1)包括：將基底浸在0.01～0.10M TiCl₄溶液中，于50～120℃保持10～60分鐘，取出后在450～550℃熱處理30～120分鐘。

較佳地，步驟(2)中，所述水熱前驅液含有鈦酸酯和酸，鈦酸酯和酸的體積比為1：15～80，其中所述鈦酸酯優選為鈦酸四丁酯，所述酸優選為鹽酸。