[發(fā)明專利]氮摻雜改性ZnO的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010524335.5
• 申請(qǐng)日: 2010-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN101979323A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊玉林;張凌云;范瑞清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G9/02
• 分類號(hào): C01G9/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮摻雜ZnO的制備方法。

背景技術(shù)

染料敏化太陽(yáng)能電池近年來受到廣泛的關(guān)注，逐漸成為研究的熱點(diǎn)，用于染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極材料主要有TiO₂，ZnO等，ZnO由于低廉的價(jià)格，快速的電子-空穴分離率有望取代TiO₂成為染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極材料，ZnO是一種寬禁帶半導(dǎo)體，對(duì)光的吸收范圍窄，只有能量大于或等于禁帶寬度的紫外線才能激發(fā)ZnO產(chǎn)生光催化和光化學(xué)反應(yīng)，而紫外線僅占太陽(yáng)自然光輻射的3％～5％左右，同時(shí)電子-空穴容易復(fù)合，載流子產(chǎn)率低，直接影響光催化和光化學(xué)效果，因此，各種辦法用來減小ZnO的禁帶寬度并抑制電子-空穴的復(fù)合，研究表明，非金屬氮的摻雜能有效改善ZnO的本征半導(dǎo)體性質(zhì)，非金屬氮替代ZnO晶格中的氧可以使ZnO的帶隙變窄，在不降低紫外光下活性的同時(shí)，可以有效的拓展ZnO的光譜響應(yīng)范圍，提高其對(duì)可見光的利用率，目前氮摻雜主要有以下幾種方法：高溫?zé)崽幚矸ǎ趴貫R射法，脈沖激光沉積法，機(jī)械化學(xué)法和濕化學(xué)法，但是這些方法普遍存在著氮摻雜含量低、可見光活性差、禁帶寬度不容易控制、載流子濃度低的問題，極大的限制了ZnO的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的氮摻雜方法存在的氮摻雜含量低、可見光活性差、禁帶寬度不容易控制、載流子濃度低的問題，而提供了氮摻雜改性ZnO的制備方法。

本發(fā)明氮摻雜改性ZnO的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：一、在攪拌轉(zhuǎn)速為90～120轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向濃度為0.1mol/L的硝酸鋅溶液中以60～90滴/分鐘的速度滴加氨水至pH為7，繼續(xù)攪拌25～35分鐘，靜置55～65分鐘后離心；二、步驟一離心后的沉淀用去離子水清洗沉淀三次，再用無水乙醇清洗三次，在55～65℃下烘干22～26h，而后置于馬弗爐中，馬弗爐中以2.5～3.5℃/分鐘的速度升溫至310～330℃℃，保溫10～14h，即得到初步氮摻雜的ZnO；三、將初步氮摻雜的ZnO置于溫度為550～650℃、壓力為0.7～0.8MPa的高壓反應(yīng)器中，同時(shí)向高壓反應(yīng)器中通入氨氣，反應(yīng)24～96h，即得到氮摻雜改性ZnO。

本發(fā)明的方法對(duì)ZnO進(jìn)行氮摻雜，合理的控制了反應(yīng)條件，解決了的氮摻雜ZnO的氮含量低、不易摻雜到晶格中的問題，本發(fā)明方法得到的氮摻雜改性ZnO通式為ZnO_1-xN_x，式中X＝0.2～0.8，氮摻雜含量高；本發(fā)明的方法使得N摻雜ZnO的電子-空穴復(fù)合被有效抑制，增加了載流子濃度，本發(fā)明氮摻雜ZnO的載流子濃度高，同時(shí)，本發(fā)明的方法有效的控制了禁帶寬度，本發(fā)明氮摻雜改性ZnO的禁帶寬度為3.228～3.302eV，本發(fā)明得到的以氮摻雜改性ZnO為染料敏化太陽(yáng)能光陽(yáng)極的光電流轉(zhuǎn)化率提高了10％～40％，本發(fā)明方法得到的氮摻雜ZnO對(duì)可見光電流轉(zhuǎn)化率高，可見光活性好。

附圖說明

圖1是具體實(shí)施方式十得到的氮摻雜ZnO的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖；圖2是具體實(shí)施方式十得到的氮摻雜ZnO的SEM圖；圖3是具體實(shí)施方式十得到的以氮摻雜改性ZnO為染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極薄膜表面的SEM圖；圖4是具體實(shí)施方式十得到的以氮摻雜改性ZnO為染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極薄膜的膜厚SEM圖；圖5是具體實(shí)施方式十得到的氮摻雜ZnO的UV-Vis圖，其中1表示具體實(shí)施方式十得到的氮摻雜ZnO，2表示純ZnO；圖6是具體實(shí)施方式十得到的氮摻雜ZnO的SPS圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式氮摻雜改性ZnO的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：一、在攪拌轉(zhuǎn)速為90～120轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向濃度為0.1mol/L的硝酸鋅溶液中以60～90滴/分鐘的速度滴加氨水至pH為7，繼續(xù)攪拌25～35分鐘，靜置55～65分鐘后離心；二、步驟一離心后的沉淀用去離子水清洗沉淀三次，再用無水乙醇清洗三次，在55～65℃下烘干22～26h，而后置于馬弗爐中，馬弗爐中以2.5～3.5℃/分鐘的速度升溫至310～330℃，保溫10～14h，即得到初步氮摻雜的ZnO；三、將初步氮摻雜的ZnO置于溫度為550～650℃、壓力為0.7～0.8MPa的高壓反應(yīng)器中，同時(shí)向高壓反應(yīng)器中通入氨氣，反應(yīng)24～96h，即得到氮摻雜改性ZnO。

本實(shí)施方式步驟一中硝酸鋅溶液的配制方法為：將一定量的硝酸鋅溶于200ml去離子水中，90～120r/min的速度進(jìn)行磁力攪拌形成0.1mol/L的硝酸鋅溶液。