[发明专利]染料/氧化物半导体杂化薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料/氧化物半导体杂化薄膜的制备方法，属用于光电效应及光催化效应的半导体薄膜材料技术领域。

背景技术

半导体是介于导体和绝缘体之间，电导率在(10^-10～10⁴Ωcm^-1)之间的物质。由于半导体具有特殊的光、电、磁等性质，从而在电子、化工、医药、航空和军事领域得到了广泛的应用。随着半导体材料尺寸减小到纳米量级范围内，由于其纳米相的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特点，使得它们呈现出常规材料不具备的特殊的光学、电学、力学、催化、生物方面的性能，特别是纳米半导体材料所具有的特殊的光电效应，使其在光催化、光电显示、光电转换等显示了巨大的应用前景。

但目前应用较多的纳米半导体材料(如：TiO₂、ZnO、SnO₂等)带隙较宽，其对光的利用率较低，因此研究者尝试采用离子掺杂、半导体复合、表面沉积贵金属、染料敏化等途径来改性半导体材料。其中染料敏化法是以具有可见和近红外区有很强吸收带和荧光发射峰性质的有机功能材料，如Ru配体系列染料，酞菁系列染料等敏化染料所修饰的纳米半导体材料。该方法并未改变半导体材料本身性质，仅将吸附在半导体表面的染料分子对可见光的响应特性和半导体材料的光电性质协同作用，提高其对可见光的利用率。Chatterjee(AppliedCatalysis B：Environmental，2001，33(2)：119-125)等利用劳氏紫和曙红Y修饰的TiO₂降解含有苯酚、氯酚、二氯乙烷等无色有机废水，在可见光辐照(50W钨灯，辐照波长420~800nm)5个小时后有超过55-72％的污染物降解，取得了很好的光催化效果。Moon等(Catalysis Today，2003，87(1-4)：77-86)用酸性红44修饰TiO₂降解苯酚溶液，通过调节反应溶液的酸碱性来达到吸附的目的，并认为染料在TiO₂表面的吸附性，是影响可见光辐照下有机染料敏化光催化活性的主要因素。可见，利用有机染料改性半导体材料可提高其对可见光的利益效率，但该体系对环境敏感、易脱附，导致光敏化剂损失，影响光电性能的发挥。如能将有机染料杂化在半导体基质中，制备成染料/氧化物半导体杂化薄膜，即可发挥有机染料对可见光相应特性，杂化固载结构又具有良好的耐候性，可满足实际应用需求。且这种染料/氧化物半导体杂化薄膜结构在太阳能的储存与运用、传感器组件等方面也将显示了巨大的应用前景。

目前，较为常用的有机/无机杂化薄膜制备方法是溶胶—凝胶方法，但该方法需用到涂膜装置，工艺较繁琐，不能一步成膜。1998年Yshida等(Adv.Mater.2000，12(16)：1219-1222)报道了用电化学沉积法制备ZnO及ZnO/染料的自组装薄膜，此法以导电基质作为基底，用阴极电沉积方法来制备半导体氧化物薄膜。T.Oekermann等(Phys.Chem.B 2004，108，8364-8370)已报道了用电化学自组装法在FTO导电玻璃基底上一步合成曙红Y/ZnO染料杂化薄膜。何冯耀等(感光科学与光化学，2005，23(2)：123-128)也成功地用电化学沉积法在ITO(氧化铟锡)导电玻璃上，用含氯化锌(ZnCl₂)和苝染料的二甲基亚砜溶液做电解液制备染料杂化薄膜。与其它方法相比，电化学沉积法可以在常温下制备，且可在各种结构复杂的基体上均匀沉积，控制工艺条件(如电流、电位、溶液pH值、温度、浓度、组成等)可精确控制沉积层的厚度、化学组成和结构等。但是该方法必须在导电基底上制备，反应复杂，成本较高难以满足大面积成膜的需要，因而限制了其应用。为了克服现有制备方法的缺点和不足，高效利用染料/氧化物半导体杂化薄膜，急需设计出简便、实用性更广的新的染料/氧化物半导体杂化薄膜制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的某些缺点和不足，提供一种工艺简单、操作方便、成本低廉的，而且可在低温条件下制备染料/氧化物半导体杂化薄膜的方法。

本发明一种染料/氧化物半导体杂化薄膜的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.基底的清洗和活化：首先用去离子水将基底清洗干净后浸泡在滴有盐酸的乙醇溶液中，并超声处理30分钟，静置24小时后，用去离子水冲洗，晾干备用；所述的基底材料为玻璃或PC片；