[發(fā)明專利]一種基于次級納米球分級結(jié)構(gòu)ZnO納米材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-08-05
• 公開（公告）號: CN106186047B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李宏;朱琳玉
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y30/00;H01G9/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子點太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于次級納米球的分級結(jié)構(gòu)ZnO納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)

眾所周知，能源是支撐經(jīng)濟快速發(fā)展的關(guān)鍵所在。近年來伴隨著經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，全球正面臨著日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染和能源短缺問題。如何開發(fā)利用儲量豐富、綠色安全的新型能源逐漸成為人們普遍關(guān)注的解決當(dāng)前能源問題的有效途徑。作為一種無污染、可再生的新能源，太陽能的有效利用有望緩解人類社會和環(huán)境問題。太陽能電池能實現(xiàn)光電直接轉(zhuǎn)換，是利用太陽能的最有效的新型裝置。

光陽極是電池的核心部件，在光電過程中的電荷收集和傳送方面起著關(guān)鍵作用。目前，效果最好、應(yīng)用較多的光陽極材料是TiO₂。隨著對光陽極薄膜的深入研究，學(xué)者們也開始致力于開發(fā)除TiO₂外其它有潛力的半導(dǎo)體材料。通過對比ZnO和TiO₂的相關(guān)物理性能參數(shù)發(fā)現(xiàn)，在眾多寬帶隙的半導(dǎo)體氧化物中，ZnO室溫下的禁帶寬度為3.2e V左右與TiO₂最為接近。并且，ZnO的電子遷移率和電子擴散系數(shù)均高于TiO₂，是非常有應(yīng)用潛力的光陽極材料。當(dāng)前研究的氧化鋅納米材料大都為零維、一維與二維的結(jié)構(gòu)，然而其發(fā)展受到比表面積偏小及捕獲可見光能力不強等限制。因此，研究開發(fā)操作簡單、性能優(yōu)良的分等級結(jié)構(gòu)的材料有著重要的前景。近年來，科學(xué)家們提出氧化鋅的三維分級結(jié)構(gòu)的概念，不僅有效的綜合了零維、一維、二維結(jié)構(gòu)各自結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，而且它獨特的空間結(jié)構(gòu)，使其保留了納米材料原本的理化性質(zhì)外還能克服納米粒子容易聚集等不良影響。同時組裝后的單元結(jié)構(gòu)會引起協(xié)同作用和耦合作用，可使原有材料的性能得以提高。

近年來，三維或者級次結(jié)構(gòu)的納米材料越來越引起人們的重視。當(dāng)前學(xué)者們針對氧化鋅的三維分級結(jié)構(gòu)納米材料已經(jīng)開展了一系列的研究，并取得了一定的進展。Jin Li等人通過調(diào)控水熱反應(yīng)中尿素的含量，獲得了層狀碳酸氫氧化鋅材料，經(jīng)過煅燒。獲得了分等級多孔的ZnO材料，且該材料對丙酮氣體具有較高的敏感特性。Peng Sun等人成功的合成了由單晶多孔的納米片構(gòu)成的分等級SnO₂材料，并結(jié)合水熱時間演化實驗，推斷了這種材料自組裝的生長過程，并對材料進行氣體敏感性測試，發(fā)現(xiàn)其具有較好的氣敏特性相對于乙醇氣體。Chong Wang等人利用酸處理法獲得花狀分等級的WO₃材料，并檢測出其對NO₂氣體具有敏感特性。Yuxiang Qin等人利用種子層誘導(dǎo)水熱合成方法，將花狀和蜂窩狀的分等級V₂O₅材料生長于帶有鉑電極的氧化鋁襯底上，通過性能測試，發(fā)現(xiàn)這種材料在室溫和工作溫度為250℃時均對乙醇氣體表現(xiàn)出較高的靈敏度。Liu等在反應(yīng)液中添加球狀的Zn粉微小顆粒并以此作為成核中心，在強堿體系中采用水熱法制備了由ZnO納米棒團簇而成的三維球狀體，研究發(fā)現(xiàn)該球狀結(jié)構(gòu)直徑大約4μm，并且有良好的光學(xué)性能。Xie等以月桂胺為添加劑制備了海膽狀ZnO納米棒基三維的分級結(jié)構(gòu)，所得產(chǎn)物中的一維ZnO納米棒直徑為50-80nm、長度約2μm，室溫下有強紫外光激發(fā)性能。

未檢索到基于次級納米球分級結(jié)構(gòu)ZnO納米材料及其制備方法相同的專利文獻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于次級納米球分級結(jié)構(gòu)ZnO納米材料及其制備方法，設(shè)備要求不高，吸收光強度增強，光響應(yīng)范圍增加。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于次級納米球的分級結(jié)構(gòu)ZnO納米材料，其特征在于：它是由包含二水醋酸鋅、二甲基甲酰胺、尿素、油酸、二甲基甲酰胺的溶液制備而成；二水醋酸鋅、二甲基甲酰胺、尿素、油酸、二甲基甲酰胺的溶液的配比為：0.65-1.3g：100-200ml：0.4g：0.1ml：30ml。

所述的次級納米球顆粒的直徑約為6-15nm。

上述一種基于次級納米球分級結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)稱取0.65-1.3g的二水醋酸鋅，加入到100-200ml的二甲基甲酰胺中攪拌至充分溶解，將該混合溶液標(biāo)記為A溶液；

2)稱取0.4g尿素和量取0.1ml的油酸，然后分別將兩者加入到30ml濃度為99.5wt％的二甲基甲酰胺的溶液中，將該溶液標(biāo)記為B溶液；

3)先將盛有A溶液的燒杯置于水浴鍋中，保持溫度65-95℃條件下，水浴3-7h；之后，用冰水冷卻A溶液(上述反應(yīng)體系)，使其迅速冷卻；