[发明专利]一种硅碳烯制备方法及其光分解水蒸气水制备氢气的方法有效

专利信息
申请号: 201910440907.2 申请日: 2019-05-24
公开(公告)号: CN110182808B 公开(公告)日: 2022-06-10
发明(设计)人: 张洪涛;夏耀威;范例;张泽森 申请(专利权)人: 武汉楚能电子有限公司
主分类号: C01B32/984 分类号: C01B32/984;B01J27/224;B01J35/00;C01B3/04
代理公司: 北京金智普华知识产权代理有限公司 11401 代理人: 杨采良
地址: 430000 湖北省武汉市洪山*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 硅碳烯 制备 方法 及其 分解 水蒸气 氢气
【说明书】:

发明属于半导体技术领域,公开了一种硅碳烯制备方法及其光分解水蒸气水制备氢气的方法,称量高纯石墨烯和硅烯,混合样品置于石墨舟中,在反应室圆筒状划分的四个象限内贴装四块磁铁瓦,产生静态磁场,在外围加一组线圈以产生高频电磁场。在经过样品室进行样品反应后,关闭激光器电源和电炉加热电源、高频电磁场电源,自然冷却,收集样品室的生成物,为硅碳烯。本发明硅碳烯可以通过高温条件下激光辐射硅烯和石墨烯在有碳化硅作为诱导因子且经过二次激光的辐射弱化进一步生长的条件下生长,是碳化硅的基本单元层的晶体生长,这种半导体材料的新颖特性有显示了带宽随着成分变化而变化。

技术领域

本发明属于半导体技术领域,尤其涉及一种硅碳烯制备方法及其光分解水蒸气水制备氢气的方法。

背景技术

目前,业内常用的现有技术是这样的:

硅碳烯是一种地球上尚未发现有天然晶体存在的碳化硅单元层生长的晶体。当前,地球人口膨胀,中国人口在本世纪可能突破16亿,非洲人口将会突破15亿,而印度将可能突破15亿,人类要的生活给现有资源储量消耗和地球的承受能力形成了挑战,排放了大量的废气,其中各国汽车保有量超过了10亿台,每天排放的尾气是地球空气污染来源,进入21世纪以来,PM2.5污染日益严重,中国北方城市群的居民受污染,仅北京从2004年到2014年肺癌发病率提高了43%。社会亟需发展非燃烧矿物质和石油的汽车,电动汽车的电池一直是一个难题。不少国家非常重视,但效果不佳。制造电池的过程中涉及挖矿、选冶、化学工艺,使用电池报废后需要回收,这些也同样造成化学污染,而发展燃烧氢气或者是燃料电池汽车,因为氢氧反应生成水,所以,研究和开发制造能分解水产生氢气的材料是关键环节。在众多的技术中,宽带半导体由于其无毒、廉价和高效地分解水产生氢气受到重视。

以前,工业和学术界关注二氧化钛作为制备分解水产生氢气的载体原料,但二氧化钛由于带宽3.2eV,在只能吸收利用紫外线区的光,光照下产生的电子空穴产生的量子效率不高,电子和空穴分离不够开,这导致产生氢气的效率较低,没办法大规模实用。宽带半导体碳化硅的光电性能和机械性能优异,具有合适的能带隙,其导带底和价带顶适宜于水中氢氧电极的位置,使光激发电子-空穴对的效率较高,但由于复合率高,所以需要石墨烯强导电性来分离光生电子-空穴,保持电子和空穴对的充分分离,是光分解水产生氢气的关键。

长期以来,尽管纳米碳化硅光催化产氢已经做了不少工作,但是产氢效率是很低的。一是因为碳化硅是间接帶隙半导体,光生电子-空穴效率不高,涉及到动量转换,二者是因为了,立方晶格碳化硅帶隙在2.8eV,六角晶格的碳化硅帶隙宽度为3.2eV,只能利用紫外光波段,能量利用率低。那么,解决这个问题涉及到降低碳化硅能隙,通过掺杂手段,但也改变不了间接帶隙的性质。

然而,作为碳化硅的单层硅原子和单层碳原子层叠合而成的单元材料是一个潜在的新型的半导体,经过计算,这是一种直接帶隙半导体,具有碳化硅的系列优点,帶隙宽度下降为2.5eV。硅碳烯是一种值得期待的材料。我们合成这种材料。这种材料虽然有碳化硅的结构,由硅烯和石墨烯两原子层构成,可是硅原子层和碳原子层层间却有碳化硅共价键连结。这种表面的一面具有石墨烯的特点,另一面具有硅烯的特点,而层间为碳化硅的性质,使这种材料成为一种可望极其高电导率、透明、韧性强、宽带半导体。其性能比碳化硅要优越。

具有禁带半导体特性纳米碳化硅的硅碳烯是一种新材料。长期以来在分解水的效率上提高不快,而且,依赖于白金铂元素,但白金铂元素稀少,导致燃料电池很贵。实际上这背后的问题是只重视光生电子-空穴对的产生效率和分离效果,这是一种电荷的概念,本发明是对于激发电子-空穴对是研究其自旋电子-空穴的最大化,使自旋电子和自旋空穴产生非常大的效率。

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