[发明专利]一种超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线异质结结构的制备方法

说明书

本发明提供了一种超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线（SiNWs/MoS₂）异质结结构材料的制备方法，包括以下步骤：S1.清洗硅片；S2.通过金属纳米颗粒催化辅助刻蚀硅纳米线阵列；S3.将S2中制备得到的硅纳米线阵列作为衬底，以氧化钼与硫粉末为前驱体，退火生长得到超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线异质结结构材料。本发明通过构建超薄二硫化钼（MoS₂）纳米片/硅纳米线异质结结构，可以有效的提高二硫化钼的催化活性位点密度，既有效提高了硅纳米线的光催化产氢效率又能增加其催化稳定性。该方法制备工艺简单易行，成本低廉，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，更具体地，涉及一种超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线异质结结构的制备方法。

背景技术

随着全球人口的不断增长，化石燃料的不可再生性以及因化石燃料燃烧引发的一系列环境污染问题，使得当今人类面临着能源危机与环境污染成两大难题。氢能作为一种清洁高能量密度的新能源，其研发和应用已引起了研究者的广泛关注。利用光催化技术分解水制氢被人们视为一种缓解能源危机和降低环境污染的潜在理想途径。

硅是一种地球含量丰富且廉价的半导体材料，其禁带宽度相对较窄（约1.1 eV），其作为光电阴极材料中的光吸收剂已引起广泛关注。同时，硅纳米线具有独特的陷光特性、且吸收光谱范围广、反射率低，可以显著地提高光学吸收和电荷收集能力。迄今为止，制备硅纳米线的方法的有很多，其包括化学气相沉积，热蒸发，激光烧蚀和金属颗粒辅助化学蚀刻法（MACE）等。MACE是一种工艺简单，低成本的湿化学法，无需昂贵的设备和复杂的操作工序，已被广泛应用。然而，硅纳米线作为光电阴极不可避免的弱点就是在溶液中其催化活性极低而且稳定性较差，于是加载适当的助催化剂以提高其析氢的效率和稳定性是必不可少的。通常，铂等贵金属或其合金被人们认为是析氢反应的最佳助催化剂，但因贵金属资源稀缺，价格昂贵等原因，导致该类催化剂难以实现大规模应用。因此发展资源广、价格低廉且可以显著提高硅纳米线催化产氢效率及其稳定性的助催化剂是一个重大的挑战。

发明内容

本发明的目的为克服现有技术的不足，提供了一种制备超薄二硫化钼（MoS₂）纳米片/硅纳米线异质结结构材料的方法。

本发明的另一目的为所述超薄二硫化钼（MoS₂）纳米片/硅纳米线异质结结构材料在光电催化分解水产氢方面的应用。

近年来，二硫化钼（MoS₂）作为二维层状过渡金属硫族化合物，由于其固有的类石墨烯层状结构，其良好的光学、电学及催化等性能引起了研究者的广泛关注。 早期，Hinnemann团队和Jaramillo团队分别通过计算和实验研究证实MoS₂在边缘位置比在基底层具有更高的催化活性，因为MoS₂的暴露边缘上的S原子具有强烈的反应性，可以极大的改善光催化产氢的效率。将二硫化钼与硅纳米线复合，既可以有效的降低带隙，又可以增加二硫化钼的活性位点密度，进而可以有效的提高硅纳米线的催化产氢的效率和稳定性。

本发明通过以下技术方案实现上述技术目的：

一种超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线异质结结构材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.清洗硅片；

S2.通过金属纳米颗粒催化辅助刻蚀硅纳米线阵列；

S3.将S2中制备得到的硅纳米线阵列作为衬底，以氧化钼与硫粉末为前驱体，退火生长得到超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线异质结结构材料。

优选地，S3中退火程序为以升温速率20~30℃/min，从室温升温至生长温度600℃，在生长温度下保持10~30min，然后以降温速率40~50℃/min降温至室温。