[发明专利]光电功能材料及其制备方法

说明书

本发明涉及无机化合物半导体材料制备技术领域，公开了一种光电功能材料及其制备方法，该光电功能材料由酸化纳米凹凸棒土‑介孔二氧化硅层载体和催化剂组成，二者质量比为1：0.001~5。通过本方法制备得到的光电功能材料对光的利用率较高，具有大的比表面积，能够提供更多的表面活性位点；电荷的扩散距离短，有利于电荷传输，且结构性能稳定。

技术领域

本发明涉及光电材料领域，特别涉及一种光电功能材料及其制备方法。

背景技术

主体催化剂（Fe₂O₃、C₃N₄、SrTiO₃、TiO₂等）对光的利用率是影响光催化产氢效率的一个重要因素。当前主要是通过离子掺或染料敏化的方法来扩展主体催化剂对光的利用范围。从另一个角度而言，提高太阳光的利用率还可以通过提高光在催化剂内部的散射来实现。中空多孔的结构可以实现光在催化剂内部的散射从而提高光的利用率。

目前，合成中空材料的方法大多需要预先合成软、硬模板，操作步骤繁琐，并且通常使用有毒的有机物溶剂。凹凸棒石是一种天然的一维的富铝镁硅酸盐矿物，为纤维状晶体，单晶长约 1-5 µm，直径约 20-70 nm。凹凸棒石的大比表面以及吸附性使其应用于光催化剂载体的研究。以这种天然凹凸棒石为模板构筑空心纳米光催化剂可简化合成步骤，减少在合成模板时大量有机溶剂的使用。而将其作为模板合成中空多孔的主体催化剂的研究却鲜有报道。这是由于凹凸棒石表面的 Si 键很难与过渡金属形成强键（Si-O-M）；凹凸棒石表面虽然有沟槽，但是沟槽的尺寸不到 1 nm，致使半导体主体催化剂（过渡金属氧化物、硫化物等）很难在凹凸棒石表面形成紧密包覆，Si-O-M容易断裂，影响催化效果。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种光电功能材料及其制备方法，制备得到的光电功能材料对光的利用率较高，具有大的比表面积，能够提供更多的表面活性位点；电荷的扩散距离短，有利于电荷传输，且结构性能稳定。

技术方案：本发明提供了一种光电功能材料，由酸化纳米凹凸棒土-介孔二氧化硅层载体和催化剂组成，二者质量比为 1：0.001~5。

优选地，所述催化剂为Fe₂O₃,、C₃N₄、SrTiO₃或TiO₂。

本发明还提供了一种光电功能材料的制备方法，包括以下步骤：S1：制备酸化纳米凹凸棒土；S2：将所述酸化纳米凹凸棒土分散到由氨水、无水乙醇和去离子水组成的混合溶液M1中；S3：将TEOS和C₁₈TMS混合得混合溶液M2；S4：将混合溶液M2滴加到混合溶液M1中，搅拌，超声，沉淀、离心、干燥后煅烧，得所述酸化纳米凹凸棒土-介孔二氧化硅层载体；S5：将催化剂负载到所述酸化纳米凹凸棒土-介孔二氧化硅层载体中，得光电功能材料；S6：去除所述光电功能材料中的酸化纳米凹凸棒土-介孔二氧化硅层载体。

进一步地，在所述S1中，所述酸化纳米凹凸棒土通过以下步骤制得：S1-1：将去除杂质的凹凸棒土分散在摩尔浓度为1M的盐酸中，搅拌24h后离心、清洗；S1-2：在60℃下用摩尔浓度为3M的HCl处理24h，离心、清洗后得所述酸化纳米凹凸棒土。

优选地，在所述S2中，所述酸化纳米凹凸棒土与所述氨水、无水乙醇以及去离子的质量体积比为1g:2~3.1g:75~100mL:10~20ml。

优选地，在所述S3中，所述TEOS和C₁₈TMS的体积比为1~5：0~3。通过调节TEOS和C₁₈TMS的质量比，能够调节酸化纳米凹凸棒石表面得介孔二氧化硅框架的厚度，进而实现调节一维中空多孔的主体催化剂壁的厚度。