[發(fā)明專利]一種CdS/TiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810820976.1
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN109055918B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧艷紅;鄭新華;羅彥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;C25D11/26;C23C28/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發(fā)明涉及一種CdS/TiO₂納米管陣列異質(zhì)結(jié)及其制備方法，其中，方法包括如下步驟：S1、制備TiO₂納米管陣列。S2、配制鎘源前驅(qū)體溶液和硫源前驅(qū)體溶液。S3、利用超聲輔助進(jìn)行連續(xù)離子層沉降在TiO₂納米管陣列的內(nèi)壁和外壁形成均勻的CdS顆粒，再經(jīng)熱處理后得到CdS/TiO₂納米管陣列異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明的制備方法能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體顆粒難以進(jìn)入TiO₂納米管的內(nèi)部并無法在納米管的內(nèi)外壁上形成大面積異質(zhì)結(jié)的問題，且方法簡單、過程易于操控、材料復(fù)合均勻。制得的CdS/TiO₂納米管陣列異質(zhì)結(jié)中在納米管的內(nèi)外壁上能夠形成大面積均勻的CdS顆粒，大大增強(qiáng)了該復(fù)合材料對太陽光的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CdS/TiO₂納米管陣列異質(zhì)結(jié)及其制備方法。

背景技術(shù)

眾所周知，TiO₂納米管陣列氧化膜具有優(yōu)異的光電性能。因為它具有較大比表面積、小尺寸效應(yīng)、較強(qiáng)光吸收能力等特點。可應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如太陽能電池、光生陰極保護(hù)、分解水制氫氣、光催化、傳感器等，可以有效的解決目前人類面臨的能源問題。但是基于TiO₂材料本身的結(jié)構(gòu)特點，它也存在著許多不足之處：由于它的禁帶寬度為3.2eV，只能利用λ＜387nm的紫外光部分，而這部分在太陽光中所占的比重不足 4％。為了提高它的光電性能，將光吸收范圍拓展到可見光區(qū)，研究人員對材料做了大量研究，發(fā)現(xiàn)利用金屬材料，非金屬材料以及金屬半導(dǎo)體的改性可以使TiO₂的光吸收范圍有較大的提高。

例如現(xiàn)有中一般采用電化學(xué)沉積法、電泳沉積法、化學(xué)氣相沉積法、原子層沉積法或者連續(xù)離子沉積法等將窄帶半導(dǎo)體(如NiS、Cu₂O、MoS₂、 CeO₂等)對TiO₂進(jìn)行改性，能夠抑制光生電子和空穴復(fù)合，同時拓寬光譜吸收范圍，對其光吸收范圍得到了不同的提高。另外，現(xiàn)有中制備TiO₂納米管陣列的方法有水熱法、模板法、溶膠凝膠法和陽極氧化法，但是采用水熱法和溶膠凝膠法制得的TiO₂納米管兩端均為開口，排列比較混亂、并不能形成有序陣列結(jié)構(gòu)，性能較差，模板法制得的TiO₂雖然可以體現(xiàn)出陣列結(jié)構(gòu)，但是制備工藝復(fù)雜，參數(shù)難以控制；而采用陽極氧化法制得的TiO₂納米管陣列高度有序規(guī)則，具備更優(yōu)異的性能而成為目前研究者最常用的方法。

但是，采用陽極氧化制得的納米管底端均是封閉的狀態(tài)，研究中發(fā)現(xiàn)：由于納米管的管徑很細(xì)(大約在一百納米左右)，這就造成了納米管在溶液中時其內(nèi)部的空氣很難排出，同時二氧化鈦的親水性較差，造成現(xiàn)有中無論采用上述何種方法進(jìn)行復(fù)合半導(dǎo)體時，均只能復(fù)合在納米管的表面(即管口處)，無法或者極少摻進(jìn)納米管的內(nèi)外壁上，且并不均勻。進(jìn)而無法利用TiO₂納米管比表面積大的優(yōu)點，也不能有效減小電子和空穴的復(fù)合，對提高異質(zhì)結(jié)的光電性能造成很大的影響。

因此，如何解決半導(dǎo)體顆粒難以進(jìn)入TiO₂納米管的內(nèi)部并無法在納米管的內(nèi)外壁上形成大面積異質(zhì)結(jié)的問題成為目前研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種CdS/TiO₂納米管陣列異質(zhì)結(jié)及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體顆粒難以進(jìn)入TiO₂納米管的內(nèi)部并無法在納米管的內(nèi)外壁上形成大面積異質(zhì)結(jié)的問題。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：