[发明专利]利用电化学沉积法在导电基体表面制备ZnO@Ag纳米复合阵列的方法

说明书

技术领域

    本发明属于半导体金属纳米材料生长技术领域，具体涉及一种利用电化学沉积法在导电基体表面制备ZnO@Ag纳米复合阵列的方法。

背景技术

ZnO作为一种宽禁带的半导体，在室温下具有较大的导带宽度、较高的电子激发结合能及光增益系数。而一维的ZnO纳米阵列由于具有大的比表面积，高的表面活性，独特的电学、光学和化学等方面的性质，在能源、传感、场发射、光学、光催化等领域显示出良好的应用前景。采用ZnO纳米阵列作为光催化剂降解有机染料废水时，能有效避免催化剂在悬浮液中的二次团聚问题，并可多次利用，因此备受关注。但是单纯的ZnO纳米结构，只能在紫外光范围内受激发产生电子-空穴对，且复合速率快，光催化效率低。要弥补这一缺陷，常用的方法是使用贵金属修饰纳米氧化锌，这样有助于载流子的重新分布，电子从费米能级较高的半导体转移到较低的金属，直至二者的费米能级相同，从而形成可俘获激发电子的肖特基势垒，有效避免电子空穴的复合，最终提高光催化剂的光量子效率。

采用贵金属银对纳米ZnO进行修饰被很多研究者证明是一种提高光催化作用的有效方法。申请号为201410137559.9的中国专利申请公开了“一种贵金属掺杂氧化锌纳米粉体及其制备、应用”，提出采用溶剂热法，加热乙酸锌-贵金属盐的有机醇混合溶液到150～190℃，最终可得到贵金属掺杂的ZnO纳米粉体。该方法操作简单，但主要适用于纳米粉体的制备。申请号为201410098252.2的中国专利申请公开了“银纳米颗粒-氧化锌多孔纳米片-碳纤维布复合衬底及其制备方法和用途”，该方法首先在碳纤维布表面利用原子层沉积技术生长ZnO籽晶，然后将其浸入锌盐前驱体中浸泡，并在330℃左右进行退火处理得到ZnO多孔纳米片结构，最后使用离子溅射技术在ZnO表面沉积银纳米颗粒，制得目标产物。该材料可作为表面增强拉曼散射的活性基底，使用激光拉曼光谱仪测量其上附着的罗丹明或四氯联苯的含量，但该方法存在着操作过程繁琐，需要对衬底进行高温处理，能耗及安全防护要求高的缺点。申请号为201310068118.3的中国专利申请公开了“一种微/纳结构氧化锌高效负载银纳米颗粒的制备方法”，即首先在氯化亚锡的乙醇溶液中对ZnO粉末进行敏化处理，然后在敏化的ZnO表面负载银籽晶，最后将其浸入银氨溶液中，使用甲醛还原得到负载有银纳米颗粒的微/纳结构ZnO。该方法主要涉及在ZnO表面负载纳米银颗粒的过程，且操作步骤较多。另外有文献报道将含有硝酸锌、硝酸银和六亚甲基四胺的电解液加热到95℃，然后通过三电极体系进行电化学沉积，可制备出n-型ZnO@Ag纳米材料；对其进行600℃退火处理，该纳米材料将由n-型转换成p-型[Thomas M A, Cui J B. Investigations of acceptor related photoluminescence from electrodeposited Ag-doped ZnO. J. J. Appl. Phys., 2009, 105, 093533；Thomas M A, Cui J B. Electrochemical route to p-type doping of ZnO nanowires. J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1(7), 1090-1094]，但使用该方法制备ZnO@Ag纳米阵列时，Ag的掺杂量小于1%。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用电化学沉积法在导电基体表面制备ZnO@Ag纳米复合阵列的方法, 采用双电极体系，通过简单的电化学沉积过程便可制备出具有良好光催化性能的ZnO@Ag纳米复合阵列。

本发明所采用的技术方案是：

利用电化学沉积法在导电基体表面制备ZnO@Ag纳米复合阵列的方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：导电衬底的清洗：

将表面积为5cm²的导电衬底分别置于清洗液、去离子水、丙酮、无水乙醇中超声清洗15～30min，取出干燥，作为工作电极；

步骤二：电解液的配制：

以六水合硝酸锌为锌源，配制50mL摩尔浓度为10～50mmol/L的硝酸锌的去离子水溶液，并加入硝酸锌摩尔用量1%～10%的硝酸银作为银源，得到硝酸锌、硝酸银的混合溶液；逐滴向该混合溶液中加入氨水至pH达到10.0～10.5，得到澄清的电解液；

步骤三：电化学沉积制备ZnO@Ag纳米复合阵列：