[发明专利]一种等离子氢化和碳量子点共同修饰的纳米半导体及其制备方法

说明书

本发明属于光电催化领域，涉及一种光阳极的修饰方法，具体涉及一种等离子氢化和碳量子点共同修饰的半导体纳米阵列及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：(1)在FTO导电玻璃上制备纳米半导体；(2)使用等离子体设备处理纳米半导体，以H₂/Ar混合气为工作气体，加热处理，获得等离子氢化纳米半导体；(3)将等离子氢化纳米半导体浸入碳量子点溶液中，25～100℃下浸泡1～5小时，获得等离子氢化和碳量子点共同修饰的纳米半导体。

技术领域

本发明属于光电催化领域，涉及一种光阳极的修饰方法，具体涉及一种等离子氢化和碳量子点共同修饰的半导体纳米阵列及其制备方法。

背景技术

光电催化分解水制氢被认为是一种最有前景的把太阳能转换为清洁、可再生的化学能源的方法之一。自从1972年发现TiO₂具有光电催化分解水制氢的功能后，科研者又发现和开发了很多种半导体用于光电催化水分解，例如ZnO、Fe₂O₃、WO₃、V₂O₅、BiVO₄、SrTiO₃、Ta₃N₅和C₃N₄。这些半导体光催化分解水反应的原理如下：当太阳光照射到半导体上时，大于其禁带宽度的能力被催化剂吸收，使电子从价带跃迁至导带，产生电子空穴对，导带上的光生电子能够将水中的H⁺还原成H₂，而价带上的空穴能够将水中的OH^-氧化成O₂，从而实现光催化。

在各种半导体里面，TiO₂是研究最早、研究最多的一种，至今TiO₂仍然被认为是光电催化分解水制氢的最佳候选材料之一。这是因为，TiO₂有适合光电催化全分解水的物化特征，例如合适的能带位置、耐光腐蚀、原料来源丰富、无毒、低成本等。然而，由于TiO₂的禁带宽度较大(金红石相为3.0eV,锐钛矿相为3.2eV)以及光生电子易复合，使得TiO₂的太阳能转换氢能效率一直不高。因此，科研者探索了很多方法进行改进，例如优化纳米结构，掺杂、构建异质结、引入缺陷等等。最近，氢化处理TiO₂(H/TiO₂)促进半导体材料的光电催化性能引起了广大科研者的关注。一般认为，这种方法和技术可以引入大量的氧空位和Ti³⁺离子，并在带隙中产生更多的局域态，使得半导体材料在可见光和近红外区域的光学吸收显著增强。特别是，一维(1D)H/TiO₂纳米阵列可以为光生载流子提供所需的大表面积和短的传输距离。但是氢化处理的TiO₂性能还是不尽如意，应用受到一定限制。

发明内容

本发明针对现有技术中半导体材料作为光阳极在光电催化分解水制氢领域存在的不足，提供一种等离子氢化和碳量子点共同修饰的纳米半导体，通过等离子氢化和碳量子点之间的协同效应，提高半导体材料的光催化性能。

本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：

一种等离子氢化和碳量子点共同修饰的纳米半导体，所述共同修饰的纳米半导体由纳米半导体材料依次经等离子氢化和碳量子点处理而得。

本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：一种等离子氢化和碳量子点共同修饰的纳米半导体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在FTO导电玻璃上制备纳米半导体；

(2)使用等离子体设备处理纳米半导体，以H₂/Ar混合气为工作气体，加热处理，获得等离子氢化纳米半导体；

(3)将等离子氢化纳米半导体浸入碳量子点溶液中，25～100℃下浸泡1～5小时，获得等离子氢化和碳量子点共同修饰的纳米半导体。