[发明专利]一种制备ZnO/ZnSeO3/CuSeO3核壳结构纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体复合材料制备领域，具体为一种制备ZnO/ZnSeO₃/CuSeO₃核壳结构纳米复合材料的方法。

技术背景

随着科学技术的进步和经济的快速发展，石油、天然气、煤炭等传统能源逐一被开采，但是由于这些资源的过度开采和使用，全球性能源短缺、环境污染、生态破坏和全球性气候变暖等现象逐渐恶化并给社会带来了严重的困扰。因此,寻求洁净的新能源，实现可持续发展是解决能源供应问题和减轻环境压力的有效途径。目前最受国际瞩目的能源是可再生能源。可再生能源主要包括：太阳能、风能、水力、海洋潮汐、地热及生物能等，其中太阳能作为新能源供应来源最受瞩目，具有以下优点：取之不尽用之不竭，太阳能的使用不会破坏地球生态环境，绿色无污染，安全可靠，利用成本低且不受地域限制。在目前对太阳能的利用中，除了直接利用太阳能的热能之外，另外一个重要途径是利用太阳能发电或者光解水制氢，但在其中最为关键的是制备具有高催化活性的光催化材料。

自1972年Fujishima和Honda在《Nature》上发表了一篇利用TiO₂电极光催化分解水制氢的文章后，TiO₂作为一种具有很大潜力的光催化材料而一度成为热点，并广泛应用于光电催化领域，但光生载流子在分离及传输过程中电子及空穴对的复合却大大限制了光催化效率。与TiO₂相比，ZnO具有较高的电子传输速率，能有效降低传输过程中光生载流子的复合。ZnO还具有热稳定性高、刻蚀工艺简单、形貌可控性好、原料丰富、制备成本低等一系列优点，因此，ZnO作为新一代的光电半导体材料而备受关注。但是ZnO光响应范围有限，耐腐蚀性较差的缺点限制了其应用发展。在ZnO外部复合一层半导体外壳，不仅可以对内核起到一定的保护作用，而且核壳结构之间的势垒能够抑制电子-空穴对的复合，从而提高整个体系的光电催化效率。

硒原子具有一对光学活性的孤对电子，因此能形成具有非对称结构的亚硒酸盐，而以Se(Ⅳ)形态存在的亚硒酸及其盐很稳定，耐酸、耐氧化，因此纳米亚硒酸盐的合成及其光学性能的研究具有重要意义。但亚硒酸盐在制备过程中容易多次成核,生成的纳米晶的粒度较大而且不均匀。因此，我们提出一种全新的方案，采用离子交换法制备亚硒酸盐复合ZnO的核壳异质结构(ZnO/ZnSeO₃/CuSeO₃)，核壳结构的制备可以有效避免该问题的产生，并改善其在催化、光学、电导学等性质，提高光电催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备ZnO/ZnSeO₃/CuSeO₃核壳结构纳米复合材料的方法，能够改善其在催化、光学、电导学等性质，提高光电催化性能。

本发明提供的一种制备ZnO/ZnSeO₃/CuSeO₃核壳结构纳米复合材料的方法如下：首先通过溶胶凝胶法制备ZnO种子层溶液；采用浸渍-提拉法在ITO玻璃基底上涂覆ZnO种子层，经过热处理后，将长有ZnO种子层的导电玻璃放置在ZnO生长溶液中热水浴处理，得到ZnO纳米棒；再将该玻璃放在Se^2-溶液中，得到ZnO/ZnSeO₃纳米核壳结构；最后将制得的样品放在Cu²⁺溶液中，得到ZnO/ZnSeO₃/CuSeO₃核壳结构纳米复合材料。

优选的，本发明的ZnO/ZnSeO₃/CuSeO₃核壳结构纳米复合材料是由以下方法制成的：

(1)ZnO种子层的配制：采用溶胶凝胶法，以醋酸锌作为前驱体，乙二醇甲醚作为溶剂，单乙醇胺作稳定剂，其中醋酸锌与乙二醇甲醚的摩尔配比为1：1，单乙醇胺与醋酸锌、乙二醇甲醚混合溶液的体积比为1:50，配制得到0.3mol/L的ZnO种子层溶胶；