[发明专利]一种具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型纳米形貌的纳米晶材料及控制合成领域，尤其涉及异质结构的纳米晶体材料，具体涉及一种具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶及其制备方法；所述纳米晶材料可应用于光热转换，光催化降解染料等领域。

背景技术

具有中空微反应腔结构的纳米晶，是一种很重要的纳米晶体材料，能够为异相催化、催化有机合成、药物缓释、电化学电池等提供发生化学反应的微反应腔，进而在这些方面有广泛的应用价值，是目前纳米材料合成制备中的热点课题。首先，具有中空微反应腔结构的纳米晶在催化方面的应用非常广泛，如用于光热转换，光催化降解染料，光催化合成，选择性催化氧化或还原，锂离子电池电极材料，钠离子电池电极材料，药物缓释材料等。近年来，由于此种结构的内核与外层之间具有空腔可以作为微型反应器，很多新型催化剂被设计为此种结构以提高催化反应的选择性。此类纳米晶的中空微反应腔结构也可以通过设计其外壳的孔道大小等手段，使得只有部分分子或者反应中间体可以进入微纳反应器从而提高反应的选择性，这种结构的催化剂的设计和合成也吸引了广大催化化学工作者的兴趣。

现阶段研究中，合成具有中空微反应腔结构的纳米晶的方法主要是直接在空心结构生长或通过在形成核壳结构的基础上对外层进行修饰或处理来形成，另一个常见的合成方法是通过在构建核壳结构的过程中引入中间层，最后通过热分解或腐蚀等手段方式移除中间层从而形成微反应腔。这些方法的制备过程十分繁琐，且制备得到的纳米晶体不具备良好的结晶性，严重制约获得的中空微反应腔结构的纳米晶的应用。尤其是目前报道的此类纳米晶主要是氧化物/氧化物，金属/氧化物异质纳米晶，更多种类型的金属/半导体，氧化物/半导体结构的纳米晶很匮乏，但是这些组合产生的具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶在催化、储能、不同性能耦合、表面等离子体效应等应用方面具有很大的潜在应用价值。因此如何能提供一种新的，通用的，普适性的制备具有中空微反应腔结构的金属/半导体，金属氧化物/半导体异质纳米晶的方法，具有很重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶(包括金属/半导体，金属氧化物/半导体组合)及其普适性制备方法，该方法操作简单，并可以通过调控制备条件，获得不同组合、微反应腔结构可调的的具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶。

本发明提供了一种新的制备具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶的方法，该方法能够在此类纳米晶合成领域具有普遍适用性，利用本发明所述的制备方法制备得到的具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶能够在光催化降解染料、催化合成、氧还原催化、药物缓释、电化学储能等领域具有广泛的应用价值。

本发明采用的技术方案为：

一种中空核壳结构的半导体基异质纳米晶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤中的(1)或者(1)、(2)：

步骤(1)：制备具有可控形貌的实心的Cu₂O纳米晶颗粒或实心的Au@Cu₂O核壳纳米晶颗粒，并在甲醇的水溶液中，利用一定浓度的Na₂S水溶液，原位将具有可控形貌的实心的Cu₂O纳米晶部分硫化，或者将实心的Au@Cu₂O核壳纳米晶中的Cu₂O壳层硫化，使实心的Cu₂O纳米晶或Au@Cu₂O核壳纳米晶，原位并保持整体形貌的前提下，转变为具有中空微反应腔结构的Cu₂O/Cu₂S或Au/Cu₂S异质纳米晶；

步骤(2)：对所述具有中空微反应腔结构的Cu₂O/Cu₂S或Au/Cu₂S异质纳米晶颗粒，依据阳离子的化学反应活性，利用阳离子化学反应将Cu₂S外层转化为其他硫化物半导体，获得具有中空微反应腔结构的半导体基异质纳米晶；