[发明专利]一种双功能P-N异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明一种双功能P‑N异质结及其制备方法和应用，属于气敏、催化双领域，技术涉及静电纺丝及水热，特别是一种利用静电纺丝技术及水热制备气敏、催化双功能异质纳米复合材料MoS₂‑SnO₂的制备方法，包括（1）将锡盐和表面活性剂溶于乙醇和N‑N二甲基甲酰胺制备出纺丝前驱液；（2）用静电纺丝技术将前驱液纺制成丝，高温煅烧得到SnO₂纳米管；（3）将制备的SnO₂、一定量的钼盐和硫源混合搅拌并高温水热一段时间即可得到双功能异质纳米复合材料MoS₂‑SnO₂；（4）将异质纳米复合材料MoS₂‑SnO₂用于气敏性能测试和4‑NP的催化还原测试。本发明样品制备简单，纳米片状二硫化钼垂直生长在纳米管氧化锡的表面，形成了三维的异质结构，在气敏及催化还原4‑NP双领域都有较优异的性能。

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备技术及应用领域，尤其涉及一种双功能P-N异质结材料的制备方法和应用。

背景技术

能源危机和环境污染严重是目前全世界面临的两大难题，而纳米功能材料为解决这些问题提供了一种有效的策略。在纳米功能材料的构筑中，异质结材料由于不同组分之间的协同效应，在气敏、催化、电池等领域表现出优异的性能，得到了广泛的关注。目前，已经制备出各种各样的P-P异质结，N-N异质结及P-N异质结，其中P-N异质结可以有效的分离载流子是研究最多的异质结形式。P-N异质结的合理设计及有效合成对于其性能非常重要。而目前的P-N异质结的研究都是通过成分或结构调控来增强某一性能，迄今为止尚未发现通过调控相对含量实现具有完全不同的两种性能的双功能异质结的报道。

SnO₂纳米材料是一种重要的N型半导体，在气敏，锂离子电池及催化领域有广泛的应用。但是SnO₂作为气敏材料应用存在工作温度高，选择性差等问题限制了其进一步应用。目前通常采用掺杂，负载，结构和形貌调控等手段来提高其性能。而已有的SnO₂基P-N异质结多采用P型氧化物半导体进行构筑，因此进一步发展硫化物型P型纳米材料构筑的异质结具有重要的意义。

MoS₂是具有类石墨烯的层状结构的P型半导体材料，其独特的电子、光学特性使其在多种等领域具有很大的应用前景，近几年来得到了研究者的青睐。以P型MoS₂为组分构筑P-N异质结，不仅可以充分利用其优异的本征特性，还有望通过协同效应实现多功能异质结材料的构筑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双功能的P-N异质纳米复合材料的制备方法，并将其应用到气敏，催化领域。该方法可以通过简单的调控P型组分的相对含量，实现气敏和催化双功能的转换。该方法制备的P-N异质材料在气敏及催化还原对硝基苯酚领域均有优异的性能。

本发明的P-N异质结为SnO₂/MoS₂异质结，SnO₂采用静电纺丝法制备，然后采用水热法在多孔SnO₂空心纳米管上垂直生长MoS₂纳米片。MoS₂相对含量较低时，P-N异质结具有优异的气敏性能；MoS₂相对含量较高时，异质结展现出出色的催化还原性能。MoS₂相对含量适中P-N异质结同时具有出色的气敏和催化还原性能。

本发明涉及的双功能P-N异质复合材料的制备方法，可按如下步骤进行。

（1）采用静电纺丝法制备多孔SnO₂空心纳米管：一定体积的乙醇和N-N二甲基甲酰胺混合均匀，然后加入锡盐和表面活性剂搅拌均匀得到纺丝液。将纺丝液通过静电纺丝得到前驱物，高温煅烧并收集、干燥。