[發(fā)明專利]一種近紅外-可見光譜寬頻吸收超材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010722614.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN111841570B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊宇杰;王曉農(nóng);邵天一;高超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;B01J23/52;C01B32/40;C07C1/12;C07C9/04;B82Y30/00;B82Y40/00;G01J5/00;G01N31/10
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

本發(fā)明提供了一種近紅外?可見光譜寬頻吸收超材料的制備方法，包括：在基底上沉積光吸收層，得到復(fù)合光吸收層的基底；在復(fù)合光吸收層的基底上沉積二氧化硅薄膜，得到復(fù)合有二氧化硅薄膜與光吸收層的基底；在復(fù)合有二氧化硅薄膜與光吸收層的基底上通過自組裝得到單層微球模板層，然后采用氧等離子體刻蝕單層微球模板層，得到刻蝕后的模板層；在刻蝕后的模板層上沉積金膜，去除模板層，得到近紅外?可見光譜寬頻吸收超材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過光吸收層減少光的透射，同時(shí)通過刻蝕模板層制備漁網(wǎng)狀的金膜，實(shí)現(xiàn)與入射介質(zhì)的阻抗匹配，有效的抑制光在結(jié)構(gòu)中的反射，從而實(shí)現(xiàn)材料的寬頻吸收，可高效吸收太陽光，提高了材料的光催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種近紅外-可見光譜寬頻吸收超材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在過去的50年里，人類主要依靠燃燒化石燃料獲取能源，同時(shí)也導(dǎo)致溫室氣體的過度排放，對(duì)生態(tài)造成潛在威脅。為實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，研究者們利用光催化還原CO₂的方法將CO₂轉(zhuǎn)化為諸如甲烷(CH₄)等高價(jià)值的清潔燃料，實(shí)現(xiàn)CO₂的循環(huán)利用。一般來說，光催化主要包括三個(gè)步驟：催化劑吸光產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)、電荷轉(zhuǎn)移至催化劑表面以及參與氧化(還原)反應(yīng)。基于半導(dǎo)體的催化劑由于固有的禁帶，不能高效利用低頻太陽光。因此，制備寬頻、高效吸收的光催化劑是進(jìn)一步提升催化效率的當(dāng)務(wù)之急。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高催化劑的催化活性，需要對(duì)電荷轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行優(yōu)化，抑制光生載流子復(fù)合。

據(jù)美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》雜志(《Physics Review Letters》，2008年100卷第207402頁)介紹，等離基元超材料作為一種人工結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)周期性陣列微觀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與入射介質(zhì)的阻抗匹配抑制反射，同時(shí)結(jié)合厚層金屬板介質(zhì)抑制透射，可作為一種理想的完美吸收體。Au納米晶作為一種具有等離激元效應(yīng)的金屬，具有優(yōu)越的吸光能力；作為催化劑可實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換提升活性中心的溫度，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，因此合理設(shè)計(jì)并制備基于Au的等離激元超材料有望應(yīng)用于光催化反應(yīng)。而除了吸光能力，快速的電荷轉(zhuǎn)移過程和高活性的催化位點(diǎn)設(shè)計(jì)也是必不可少的。金納米晶的連續(xù)能帶導(dǎo)致高電子-空穴復(fù)合速率，因此活性不高。而將Au超材料吸收器與AgCu合金耦合，由于二者功函數(shù)不同，可在吸光提升局域溫度的同時(shí)加速Au表面的光生電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)結(jié)合AgCu合金高活性位點(diǎn)，用于CO₂轉(zhuǎn)化。

傳統(tǒng)的自上而下光刻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)周期納米陣列的制備，但制備大尺寸樣品成本高，工藝繁瑣復(fù)雜，且樣品的微觀結(jié)構(gòu)周期較大，一般在微米量級(jí)，因此樣品不能充分利用太陽光。所以，急需發(fā)展一種能制備出可見光-近紅外寬頻吸收超材料的方法，制備基于Au的超材料吸收器并結(jié)合AgCu合金活性位點(diǎn)用于CO₂催化還原。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種可高效吸收太陽光且催化活性較高的近紅外-可見光譜寬頻吸收超材料及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種近紅外-可見光譜寬頻吸收超材料，其特征在于，包括：

基底；

設(shè)置于所述基底上的光吸收層；

設(shè)置于所述光吸收層上的二氧化硅薄膜；

設(shè)置與所述二氧化硅薄膜上的漁網(wǎng)狀金膜。

優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述漁網(wǎng)狀金膜上的銀銅合金層。

本發(fā)明還提供了一種近紅外-可見光譜寬頻吸收超材料的制備方法，包括：

S1)在基底上沉積光吸收層，得到復(fù)合光吸收層的基底；

S2)在復(fù)合光吸收層的基底上沉積二氧化硅薄膜，得到復(fù)合有二氧化硅薄膜與光吸收層的基底；