[發明專利]一種具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶及其制備方法

有效

• 申請號: 201611220809.0
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106629815B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 張加濤;李欣遠;紀穆為;王虹智
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12;C01G7/00
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 唐華

技術領域

本發明涉及新型納米形貌的納米晶材料及控制合成領域，尤其涉及異質結構的納米晶體材料，具體涉及一種具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶及其制備方法；所述納米晶材料可應用于光熱轉換，光催化降解染料等領域。

背景技術

具有中空微反應腔結構的納米晶，是一種很重要的納米晶體材料，能夠為異相催化、催化有機合成、藥物緩釋、電化學電池等提供發生化學反應的微反應腔，進而在這些方面有廣泛的應用價值，是目前納米材料合成制備中的熱點課題。首先，具有中空微反應腔結構的納米晶在催化方面的應用非常廣泛，如用于光熱轉換，光催化降解染料，光催化合成，選擇性催化氧化或還原，鋰離子電池電極材料，鈉離子電池電極材料，藥物緩釋材料等。近年來，由于此種結構的內核與外層之間具有空腔可以作為微型反應器，很多新型催化劑被設計為此種結構以提高催化反應的選擇性。此類納米晶的中空微反應腔結構也可以通過設計其外殼的孔道大小等手段，使得只有部分分子或者反應中間體可以進入微納反應器從而提高反應的選擇性，這種結構的催化劑的設計和合成也吸引了廣大催化化學工作者的興趣。

現階段研究中，合成具有中空微反應腔結構的納米晶的方法主要是直接在空心結構生長或通過在形成核殼結構的基礎上對外層進行修飾或處理來形成，另一個常見的合成方法是通過在構建核殼結構的過程中引入中間層，最后通過熱分解或腐蝕等手段方式移除中間層從而形成微反應腔。這些方法的制備過程十分繁瑣，且制備得到的納米晶體不具備良好的結晶性，嚴重制約獲得的中空微反應腔結構的納米晶的應用。尤其是目前報道的此類納米晶主要是氧化物/氧化物，金屬/氧化物異質納米晶，更多種類型的金屬/半導體，氧化物/半導體結構的納米晶很匱乏，但是這些組合產生的具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶在催化、儲能、不同性能耦合、表面等離子體效應等應用方面具有很大的潛在應用價值。因此如何能提供一種新的，通用的，普適性的制備具有中空微反應腔結構的金屬/半導體，金屬氧化物/半導體異質納米晶的方法，具有很重要的應用價值。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶(包括金屬/半導體，金屬氧化物/半導體組合)及其普適性制備方法，該方法操作簡單，并可以通過調控制備條件，獲得不同組合、微反應腔結構可調的的具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶。

本發明提供了一種新的制備具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶的方法，該方法能夠在此類納米晶合成領域具有普遍適用性，利用本發明所述的制備方法制備得到的具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶能夠在光催化降解染料、催化合成、氧還原催化、藥物緩釋、電化學儲能等領域具有廣泛的應用價值。

本發明采用的技術方案為：

一種中空核殼結構的半導體基異質納米晶的制備方法，所述制備方法包括以下步驟中的(1)或者(1)、(2)：

步驟(1)：制備具有可控形貌的實心的Cu₂O納米晶顆粒或實心的Au@Cu₂O核殼納米晶顆粒，并在甲醇的水溶液中，利用一定濃度的Na₂S水溶液，原位將具有可控形貌的實心的Cu₂O納米晶部分硫化，或者將實心的Au@Cu₂O核殼納米晶中的Cu₂O殼層硫化，使實心的Cu₂O納米晶或Au@Cu₂O核殼納米晶，原位并保持整體形貌的前提下，轉變為具有中空微反應腔結構的Cu₂O/Cu₂S或Au/Cu₂S異質納米晶；

步驟(2)：對所述具有中空微反應腔結構的Cu₂O/Cu₂S或Au/Cu₂S異質納米晶顆粒，依據陽離子的化學反應活性，利用陽離子化學反應將Cu₂S外層轉化為其他硫化物半導體，獲得具有中空微反應腔結構的半導體基異質納米晶；