[發(fā)明專(zhuān)利]一種透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810489112.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108579724B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦冬冬;耿園園;段世芳;張平;劉文峰;鄧湘舟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/22
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/22;B01J37/10;B01J37/08;C01B3/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷;裘暉

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列及其制備方法和應(yīng)用。該方法首先通過(guò)溶膠?凝膠法在透明導(dǎo)電基底上制備釩酸鉍種子，然后用水熱/溶劑熱法在有形貌調(diào)控劑存在的情況下，借助高壓釜來(lái)制備BiVO₄納米管晶體陣列，最后將制得的BiVO₄納米管置于管式爐中高溫退火即可得到透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的單斜相[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列。本發(fā)明直接在透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)一維納米管陣列，簡(jiǎn)化了一維單晶材料在半導(dǎo)體器件應(yīng)用中的工序，而且整個(gè)制備過(guò)程無(wú)有毒、有害物質(zhì)的產(chǎn)生，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染、也不會(huì)危害人體健康，安全、環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

已報(bào)道的半導(dǎo)體光催化材料中，擁有窄的能帶間隙的半導(dǎo)體由于具有較強(qiáng)的光吸收能力而備受青睞，諸如WO₃，C₃N₄，F(xiàn)e₂O₃，BiVO₄等。其中釩酸鉍(BiVO₄)由于其起始電位低，價(jià)導(dǎo)帶位置跟光解水所需電勢(shì)相近，載流子壽命和空穴擴(kuò)散距離較其他窄帶隙半導(dǎo)體要長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)而成為一種極具潛力的半導(dǎo)體材料。自然條件下BiVO₄主要存在以下三種晶相：四方鋯石結(jié)構(gòu)(z-t)，單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)(s-m)，四方白鎢礦(s-t)，其中單斜相BiVO₄的光催化性能最好。

單斜相釩酸鉍(BiVO₄)的帶隙較窄，約為2.4eV，能夠吸收太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光部分，產(chǎn)生具有還原性的光生電子及具有氧化性的光生空穴。從材料的納米微結(jié)構(gòu)而言，一維的釩酸鉍納米陣列材料能為電荷提供優(yōu)良的傳輸通道，有益于性能?chē)?yán)重依賴(lài)高效電荷傳遞和收集的半導(dǎo)體器件的研制。而具有管狀形貌的一維陣列相較于其它結(jié)構(gòu)具有更高的比表面積，能為反應(yīng)提供較多的活性位點(diǎn)，同時(shí)易于客體材料的填充。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，單斜相釩酸鉍納米管陣列在半導(dǎo)體器件相關(guān)領(lǐng)域，如光催化分解水制氫、光催化降解污染物、太陽(yáng)能電池、光致發(fā)光、光電氣敏、生物檢測(cè)等方面，都具有極高的基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值和廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)資料檢索結(jié)果顯示，王文中課題組在2007年通過(guò)回流法制備了粉體的非陣列的BiVO₄納米管(Single-Crystalline BiVO₄Microtubes with Square Cross-Sections:Microstructure,Growth Mechanism,and Photocatalytic Property,J.Phys.Chem.C2007,111,13659-13664)，但是，尚未有通過(guò)添加形貌調(diào)控劑和簡(jiǎn)單的水熱法在導(dǎo)電玻璃基底上直接制備沿著固定晶體方向生長(zhǎng)的釩酸鉍(BiVO₄)納米管晶體陣列的報(bào)道。報(bào)道的回流法雖然為管狀釩酸鉍納米管晶體的制備提供了可能，但是粉末狀的存在形態(tài)失去了一維納米管陣列作為電荷傳輸通道的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)較大的管狀直徑造成表面積不足，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能半導(dǎo)體器件有著很大的制約。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列的方法。

本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列。

本發(fā)明再一目的在于提供上述透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)的[010]方向釩酸鉍納米管晶體陣列在光電催化、光解水、以及開(kāi)發(fā)高性能半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)：