[发明专利]一种Sb2S3/TiO2纳米管阵列复合单晶异质结的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机半导体材料制备技术领域，具体涉及一种Sb₂S₃/TiO₂纳米管阵列复合单晶异质结的制备。

背景技术

绿色低碳环保是当今生活的主题，太阳能由于清洁无污染、取之不尽用之不竭等优点有望替代传统的化石能源。而太阳能电池则是利用半导体材料的光生伏特效应将太阳能转化为电能的装置，因此，开发低成本高效率的太阳能电池材料一直是人们的研究热点。TiO₂是一种n型的宽带隙半导体，具有无毒、低廉、良好的稳定性和高的光催化活性等优点，在太阳能电池、光解水制氢、光催化降解等领域有很大的应用潜力。相比于其它纳米结构(如纳米颗粒、纳米带、纳米线等)，TiO₂纳米管阵列由于大的比表面积以及优异的电荷传输能力受到人们的重点关注。然而，TiO₂的禁带宽度约为3.2eV，仅能吸收太阳光谱中的紫外光部分，为了拓宽TiO₂的光吸收范围，提高光电转换的效率，通常将TiO₂与窄带隙半导体进行复合。在这些窄带隙半导体中，Sb₂S₃由于高的吸光系数(7.5×10⁴cm^-1)、合适的带隙宽度(1.7eV)以及高的光敏感性等特点，受到了科研工作者的大力关注。

在以TiO₂为基底制备Sb₂S₃/TiO₂异质结的制备过程中，多用到化学浴法(CBD)和连续离子层吸附交换法(SILAR)在TiO₂基底上沉积Sb₂S₃。然而水热法在制备纳米材料的过程中有独特的优势，已被广泛地用于制备形态各异的纳米结构材料。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法来制备Sb₂S₃/TiO₂纳米管阵列复合单晶异质结，该异质结具有独特的钢筋混凝土结构。该方法反应周期短、低能耗，操作简单。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:

1).以预先用阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列作为Sb₂S₃生长的基底；

2).将一定量的分析纯的SbCl₃加入到去离子水中并伴着磁力搅拌，制成4mM～10mM的SbCl₃水溶液A；

3).将一定量的分析纯的Na₂S₂O₃加入到去离子水中并伴着磁力搅拌，制成8～20mM的Na₂S₂O₃水溶液B；

4).分别量取溶液A和溶液B各10mL，并将两种溶液快速混合均匀，形成前驱体溶液C；

5).将前驱体溶液C迅速移入到垂直放有TiO₂纳米管阵列的高压釜中，填充度为60％。密封反应釜，将反应釜放于电阻炉中，室温下电阻炉以3℃/min的加热速度至180℃并保温8h。随后让反应釜随炉冷却。

6).打开水热反应釜,取出试样，并依次用大量的无水乙醇、去离子水冲洗。然后自然干燥，得到最终产物Sb₂S₃/TiO₂纳米管阵列复合单晶异质结。与现有的制备Sb₂S₃/TiO₂异质结的制备方法相比，本发明采用简单的水热法工艺,前驱体溶液仅是无机盐水溶液，没有加入任何矿化剂。本发明操作简单，不需要特殊的实验设备，反应周期短。并且反应在液相中完成,Sb₂S₃结晶性好，不需要后期在氩气或氮气保护氛围中进行退火处理，能耗低。同时在该条件下Sb₂S₃纳米晶粒沿特定的方向生长，得到形貌独特的如钢筋混凝土一样的Sb₂S₃/TiO₂纳米管阵列复合单晶异质结。

附图说明

图1为本发明实施例1的Sb₂S₃/TiO₂纳米管阵列复合单晶异质结的X射线衍射图(XRD)