[發明專利]一種ZnO納米棒薄膜原位改性處理方法及其獲得的改性薄膜

有效

• 申請號: 201510672461.8
• 申請日: 2015-10-16
• 公開（公告）號: CN105336500A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 孫健;王艷香;黃麗群;范學運;楊志勝;陳凌燕
• 申請（專利權）人: 景德鎮陶瓷學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司 44261
• 代理人: 李玉峰

技術領域

本發明涉及納米薄膜技術領域，尤其涉及一種ZnO納米棒薄膜改性處理方法及其獲得的改性薄膜。

背景技術

氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶直接帶隙Ⅱ-Ⅵ族的具有纖鋅礦結構的半導體功能材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，并具有良好的化學穩定性及優良的抗氧化和耐高溫性能，是一種重要的半導體材料。高度取向排列的一維的ZnO納米棒薄膜，具有獨特的電學和光學性能，在多種電子和光子的納米器件如太陽能電池、紫外探測器、發光二極管、激光二級管、傳感器等技術領域中獲得了廣泛的研究和應用。但是，ZnO納米棒薄膜比表面積比較小，從而限制了其應用。例如，在染料敏化太陽能電池(DyeSensitizedSolarCell，簡稱DSSC)方面，雖然ZnO納米棒垂直導電襯底，有利于光生電子的傳輸，但是由于ZnO納米棒薄膜的比表面積較小，因此吸附的染料少，這樣導致光生電子數少而限制了其效率的提升；此外，在光催化領域方面，由于ZnO納米棒薄膜較小的比表面積，使得其催化性能減弱，從而限制了其適用性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種ZnO納米棒薄膜原位改性處理方法，通過對ZnO納米棒薄膜進行表面改性，從而增加比表面積、同時改善薄膜的光電等性能。本發明的另一目的在于提供利用上述方法獲得的改性薄膜。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

本發明提供的一種ZnO納米棒薄膜原位改性處理方法，包括以下步驟：

(1)將二水乙酸鋅溶解于甲醇溶液中，并將溶液攪拌均勻，得到二水乙酸鋅甲醇溶液；

(2)將預先制備的ZnO納米棒薄膜放入所述二水乙酸鋅甲醇溶液中，在密封情況下進行恒溫反應，反應溫度≤60℃；反應結束后進行清洗、干燥、煅燒，即得到原位改性的ZnO納米棒薄膜。

上述方案中，本發明所述步驟(1)二水乙酸鋅在甲醇溶液中的濃度為0.05～0.25M。

進一步地，本發明所述步驟(2)ZnO納米棒薄膜以豎直的形式放入二水乙酸鋅甲醇溶液中。

進一步地，本發明所述步驟(2)中反應溫度為25～60℃，反應時間為10～96h。

進一步地，本發明所述步驟(2)中干燥溫度為60～100℃；煅燒溫度為250～350℃。

本發明通過對ZnO納米棒薄膜進行原位改性，在ZnO納米棒表面原位生成ZnO納米粒，增加了比表面積、并改善了薄膜的光電等性能，從而有效提高了其適用性，擴大了其應用范圍。在染料敏化太陽能電池的應用中，可預先在導電基底上制備出ZnO納米棒薄膜，然后使用本發明對其進行原位改性，預先制備的ZnO納米棒薄膜，其制備方法可采取如下具體措施：

(a)ZnO種子層的制備

將二水乙酸鋅、以及單乙醇胺或二乙醇胺溶解在乙二醇甲醚溶液中制備得到ZnO溶膠；采用漬浸法，將導電基底垂直浸入到所述ZnO溶膠中，使得導電基底表面涂覆有ZnO溶膠；然后將涂有ZnO溶膠的導電基底烘干、煅燒，即得到附著于導電基底表面的ZnO種子層；

(b)生長液的配制

將聚乙烯亞胺、六水硝酸鋅和六次甲基四胺溶解于去離子水中作為生長液，然后置于水熱反應釜中、并在烘箱中進行預熱；

(c)ZnO納米棒的生長

將所述附著有ZnO種子層的導電基底放入所述預熱后的生長液中，并置于烘箱中進行生長反應；反應結束后取出，用去離水沖洗、干燥；

(d)重復所述步驟(b)、(c)二次，然后進行煅燒，即制得預先制備的ZnO納米棒薄膜。

上述方案中，本發明所述步驟(a)中二水乙酸鋅、以及單乙醇胺或二乙醇胺在乙二醇甲醚溶液中的濃度分別為0.20～0.60M；所述步驟(b)中聚乙烯亞胺在生長液中的濃度為0.005～0.007M，六水硝酸鋅在生長液中的濃度為0.01～0.06M，六次甲基四胺在生長液中的濃度為0.01～0.06M，生長液的預熱溫度為60～95℃，預熱時間為1～6h；所述步驟(c)中生長反應的溫度為60～90℃，反應時間為24～48h。

本發明的另一目的通過以下技術方案予以實現：

利用上述改性處理方法獲得的改性ZnO納米棒薄膜，具有由ZnO納米棒和ZnO納米粒組成的多級結構，其中原位改性所生成的ZnO納米粒直徑為20～25nm、附著于ZnO納米棒的表面。

本發明具有以下有益效果：