[發明專利]頂端修飾Cu2

有效

• 申請號: 201711086452.6
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN108043410B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 賀濤;穆扎法爾·伊克巴爾;王艷杰;胡海峰
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;姚自奇

本發明涉及一種頂端修飾Cu₂O的ZnO納米棒異質結及其制備方法與應用。本發明采用兩步法制備，首先采用恒電位沉積法在導電基底上制備ZnO納米棒，然后采用光沉積法在已制備的ZnO納米棒頂端沉積Cu₂O顆粒，從而得到頂端修飾Cu₂O的ZnO納米棒異質結。本發明工藝簡單快捷，所得異質結可以有效分離光生載流子，并對可見光區產生響應，在納米異質結光催化和光伏等領域有良好應用前景。

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，具體涉及一種Cu₂O/ZnO納米棒異質結的制備方法，特別涉及一種頂端修飾Cu₂O的ZnO納米棒異質結的制備方法。

背景技術

ZnO是一種n型半導體，禁帶寬度一般為3.2eV，由于其穩定，無毒，原材料豐富，被廣泛應用于傳感器、光催化和光伏等領域。ZnO 納米棒由于其單晶結構、一維有序性以及高的比表面積，有利于光生載流子的定向傳輸，因此得到了廣泛研究及應用。但由于其帶隙較寬， ZnO只能對占據太陽光能量份額較低的紫外光產生響應，大大限制了其廣泛應用。為了在保持ZnO材料自身優點的同時，進一步提高材料體系的性能，人們通常選用另一種窄帶隙半導體與ZnO構成異質結，從而拓寬材料體系的光譜響應范圍，提高光生載流子分離效率，例如 ZnO/ZnTe，ZnO/Cu₂O和ZnO/WO₃等。

其中Cu₂O是一種常見的p型半導體，帶隙為2.2eV。ZnO/Cu₂O體系可以構成p-n結，其形成的內建電場有利于實現光生載流子的分離。近年來已有一些工作對Cu₂O/ZnO異質結進行了制備及應用研究。例如，中國專利文獻CN102503169A采用水熱法，按照如下順序制備Cu₂O/ZnO異質結：ZnO晶種制備→水熱法制備ZnO納米棒→水熱法制備Cu₂O，但其制備工序復雜，耗時長，且反應溫度高。中國專利文獻CN102214734A中的ZnO/Cu₂O異質結制備方法相對簡單，采用兩步電化學沉積的方法，分別制備ZnO和Cu₂O薄膜，但得到的ZnO和Cu₂O 之間的接觸面積有限，同時由于ZnO不具備一維有序結構，不利于光生載流子的定向傳輸與分離。

研究表明，在制備半導體材料異質結時，通過對異質結中兩種材料在空間中進行有序排列，可以使光生電子空穴得到有效分離。由于光生電子空穴在納米棒材料中一維運動的特殊性，在其頂端修飾第二相材料有利于促進氧化還原反應的位點分離，進而有利于對光生電荷的分離及利用。目前對于頂端修飾Cu₂O的ZnO納米棒陣列的制備及應用研究還未見報道。

發明內容

針對現有Cu₂O/ZnO異質結的制備技術及結構上存在的上述問題，本發明創新性地提出了一種頂端修飾Cu₂O的ZnO納米棒的異質結結構及其制備方法，其目的在于：①提出一種新型低溫、快速、簡易制備Cu₂O/ZnO異質結的方法；②提出一種新型Cu₂O/ZnO異質結結構，通過控制Cu₂O選擇性生長于ZnO頂端，分離Cu₂O和ZnO的空間生長位點，達到光生載流子的高效分離的目的。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種頂端修飾Cu₂O的ZnO納米棒的異質結，其包括導電基底、 ZnO納米棒層和Cu₂O層，所述導電基底為導電材料，所述ZnO納米棒層生長于所述導電基底表面，所述Cu₂O層修飾于所述ZnO納米棒層頂端。

所述導電基底可為本領域可用的各種導電材料，例如FTO導電玻璃。

進一步地，所述ZnO納米棒呈六棱柱結構，直徑為80～150nm。