[发明专利]一种化学气相沉积法制备的掺Ca正交相Ⅲ-Ⅵ族光催化材料

说明书

本发明公开了一种化学气相沉积法制备的掺Ca正交相Ⅲ‑Ⅵ族光催化材料，包括将银箔基底进行超声清洗及高温退火处理，利用低压化学气相沉积的方法在反应腔内添加Ca源合成尺寸均匀的Ca掺杂Ⅲ‑Ⅵ族化合物薄片，在反应温度下保持10‑20分钟，等到自然冷却至室温时，同时关闭氩气与氢气，即可在银箔基底得到尺寸均匀的掺Ca正交相Ⅲ‑Ⅵ族化合物薄层样品。该方法使用的化学气相沉积法能够实现大规模，高质量的掺Ca正交相Ⅲ‑Ⅵ族化合物薄片，制备工艺简单，可规模化量产，可作为一种新型光催化材料。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种化学气相沉积法制备的掺Ca正交相Ⅲ-Ⅵ族光催化材料。

背景技术

能源是社会发展进步的基础。目前，构成能源主体的石油、煤炭和天然气等化石能源都属于不可再生能源，在地球上储量有限．这些化石能源的大量开发利用，在推动世界经济迅猛发展的同时，由于其储存量的有限性而造成日益严重的能源短缺。与此同时，这些化石能源的消耗造成每年有数以千万吨计的CO₂、SO₂、NO，等污染物向大气排放，导致了人类生态环境的严重恶化。因此，节约能源资源、保护环境、开发利用可再生能源已成为人类实现可持续发展的必然选择。

自1972年Fujishima和Honda等研究发现TiO₂单晶电极可在光照下分解水产生氢气和氧气，并将光能成功转化为电能和化学能以来，光催化制氢研究在光催化剂的制备与改性及相关理论研究方面均取得了很大进步，各种新型光催化剂不断开发出来．然而要实现高效光催化制氢，还需根据光催化剂的种类来构建合适的光催化制氢体系，Ⅲ-Ⅵ族光催化材料作为最近兴起的热点材料具有巨大的潜在优势，而理论计算和实验结果均表明Ca是p型掺杂元素，当Ca固溶于Ⅲ-Ⅵ族化合物晶格中，引入负电中心和空穴，掺CaⅢ-Ⅵ族化合物增加电子空穴对，有效提高光催化能力，并且目前，掺CaⅢ-Ⅵ族化合物仍未见报道。

实然而现上述应用前景研究的前提是能够制备大规模，高质量的光催化材料参与太阳能制氢。目前Ca掺杂正交相二维Ⅲ-Ⅵ族化合物的制备尚未有经济有效的方法获得。因此如何实现Ca掺杂正交相二维Ⅲ-Ⅵ族化合物的大规模，有效化的制备是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种化学气相沉积法制备的掺Ca正交相Ⅲ-Ⅵ族光催化材料，其采用化学气相沉积法制备得到的掺Ca正交相Ⅲ-Ⅵ族化合物薄片，其为氮气气氛下生成Ca掺杂的InSe、InS、GaSe和GaS中的任意一种。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种掺Ca正交相Ⅲ-Ⅵ族光催化材料的制备方法包括以下步骤：

(1) 将前驱物以及银箔基底按照气流方向分别放置在高温管式炉的四温区中；其中，四温区分别放置S源和Se源中的一种、In源和Ga源中的一种、Ca源以及银箔基底；

(2)将反应腔的真空度抽至6.5KPa左右，通入氩气对高温管式炉的反应腔进行清洗；

(3)通入氩气和氢气，同时加热四温区的高温管式炉，反应生成的Ca掺杂InSe、InS、GaSe和GaS中的任意一种，沉积于银箔基底上。

(4)自然冷却至室温后同时关闭氩气和氢气，即即在银箔基底上得到掺Ca正交相Ⅲ-Ⅵ族光催化材料。

进一步地，步骤(1)所述的银箔基底预先进行处理，其包括，将银箔基底放入NaOH溶液中清洗，后在去离子水溶液中进行超声清洗，再将清洗完毕的基底进行高温预退火处理；

进一步地，步骤(3)通入氩气和氢气的流速分别为50-60sccm和10-30sccm；

进一步地，步骤(3)所述的S源是S粉；所述的Se源是Se粉；所述的In源是粉体In₂O₃；所述的Ga源是三乙基镓；所述的Ca源是Ca粉。