[发明专利]一种III-VI族异质结光催化剂材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种III‑VI族异质结光催化剂材料的制备方法，其是将Ga粉、S粉、Se粉以及提供In源的In₂O₃放入对应的管式炉中，将管式炉加热并通入保护气体氩气，同时通过调控相对应的阀门控制沉积过程。最后用蒸馏水和无水乙醇洗涤去除杂质后置于真空中干燥一段时间，即可得片状的III‑VI族异质结光催化剂材料。本发明具有实验方便快捷，操作相对简单，实验参数易于控制等优势，有较好的产业化前景。

技术领域

本发明涉及制备二维材料范德华异质结领域，具体涉及一种III-VI族异质结光催化剂材料的制备方法。

背景技术

太阳能制氢气为化石燃料的枯竭以及化石燃料燃烧伴随着的环境问题提供了一个潜在的有效方案，光催化水分解不仅仅可得到清洁能源，同时整个过程对环境都是友好的，成本低且属可再生资源。二维材料具有超薄的结构特征使其能够与体材料形成差异性大的电子结构以及超大的比表面积，进而引发量子效应等新奇的物理现象。自2004年石墨烯被发现以来，二维材料凭借其在电学、热学、力学、化学以及光学上的优异特性，使其在新一代电子、光电子和柔性器件中具有广泛的应用前景。单层石墨烯的优异特性显而易见，但同时它的本征零带隙的特点却限制了它在微纳器件领域的应用，它的单原子层由碳原子排列成六角晶格后组成，厚度约为0.335nm。石墨烯可以认为是富勒烯、碳纳米管以及石墨的基本组成单元。石墨烯的室温迁移率达到了2.5×10⁵cm²·V^-1·s^-1，低温迁移率接近6×10⁶cm²·V^-1·s^-1，杨氏模量达到1TPa，热导率约为2000～5300W·m^-1K^-1，同时可以经受住高于铜1×10⁶倍的电流密度。

二维III-VI族化合物（III族元素包括Ga，In；VI族元素包括S,Se,Te）是其中一类最为重要的二维材料，具有成本低、元素储量丰富、对环境友好等优点。通过理论计算发现，单层的二维Ⅲ-VI族化合物的带隙分布于2.22～3.35eV，且都为间接带隙半导体。它们具有类似蜂窝状的六方晶体结构，晶格常数差异小，因此可以相互堆叠形成范德华异质结，不同的单层具有不同的带隙，不同的能带结构，通过需求来配置各种能带组合。异质结的形成将两种单层二维材料的优势相结合起来，使其在原有基础之上具有愈多的广泛应用。理论计算研究表明异质结层与层之间的相互作用使其带隙有减小的趋势，电子结构、光催化特性、光学性质也明显发生变化。GaSe、GaS、InS和InSe形成的异质结其价带和导带位置分别低于和高于水分解的氧化还原电位，因此有望在光催化领域具有很大的应用前景，是一种很好的光催化剂。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种操作工艺简单、产品组分易于控制的III-VI族异质结光催化剂材料及其制备方法，旨在通过异质结的搭建，结合不同种二维材料的优势，提升材料的光催化性能。

本发明的技术方案如下：

一种III-VI族异质结光催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：

1）以蓝宝石作为衬底并利用超声在不同溶液中清洗达到标准；

2）向管式炉（3）中的陶瓷舟上的蓝宝石加入0.01～0.03mol的Ga，向管式炉（1）中的陶瓷舟中加入0.015～0.03mol的Se或S；

3）转动阀门使管式炉（2）处于封闭状态，管式炉（1）和管式炉（3）连通，通入Ar保护气35min，并在35min内将管式炉（1）加热到450～750℃，管式炉（3）加热到960～1050℃，反应时间为20～24小时，然后冷却至室温；