[发明专利]一种具有p-n异质结构的复合金属氧化物的制备方法

说明书

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，特别涉及一种以三元类水滑石作为前驱体原料合成具有p‑n异质结构的复合金属氧化物的方法。以三种过渡金属盐为原料先制备获得含三种不同过渡金属元素的三元类水滑石，再以所述三元类水滑石作为前驱体进行煅烧，获得所述具有p‑n异质结构的复合金属氧化物的制备方法。本发明制得的三元复合金属氧化物材料综合了三种不同金属元素半导体氧化物各自优异的性能，尤其之间特殊的p‑n异质结构，实现了电子和空穴有效的分离，使其在光（电）催化降解污染物领域具有极佳的应用前景。本发明原料来源广泛，合成工艺和原理简单，成本投资少，为降解处理水污染领域提供了新的途径。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，特别涉及一种以三元类水滑石作为前驱体原料合成具有p-n异质结构的复合金属氧化物的方法。

背景技术

类水滑石是一种二维阴离子型材料，又称为层状双羟基金属氢氧化物（LayeredDouble Hydroxides），简称LDHs。其结构通式为[M²⁺_1-xM³⁺_x (OH)₂]^x+A ^n-_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分别为层板上的二价和三价金属阳离子；A^n-为具有交换性的水滑石层间阴离子补偿电荷；x为M²⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩尔比值；m为层间水分子的数量。LDHs因其独特的结构决定了水滑石具有热稳定性、酸碱性、层间阴离子的可交换性、记忆效应和催化性等一些独特的物理化学性质。类水滑石独特的结构和性能，且随着各种学科的交叉发展，使其在光（电）催化、吸附、医药和阻燃等领域具有广泛的应用。

P型半导体为空穴掺杂型半导体，n型半导体为电子掺杂性半导体，当n型半导体掺杂区和p型半导体掺杂区紧密接触时，在其空间电荷界面处形成p-n异质结区。当光生电子和空穴在p-n复合半导体的能带之间移动时，电子扩散在复合半导体的界面附近引起空间电位差，从而形成从n型半导体到p型半导体方向的自建电场。在电场驱动力作用下，光生电子容易从较低的能带迁移到较高的导带，光生空穴更有可能从较高的价带移动到较低的价带，从而实现电子和空穴有效的分离。如何更好的利用上述性质制备具有p-n异质结构的复合金属氧化物是本领域技术人员一直研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有p-n异质结构的复合金属氧化物的制备方法，所述方法以三元类水滑石作为前驱体原料，能够发挥三种不同金属元素半导体氧化物各自优异的性能，而且之间特殊的p-n异质结构使其在光（电）催化降解污染物领域具有极佳的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有p-n异质结构的复合金属氧化物的制备方法，以三种过渡金属盐为原料先制备获得含三种不同过渡金属元素的三元类水滑石，再以所述三元类水滑石作为前驱体进行煅烧，获得所述具有p-n异质结构的复合金属氧化物。

其中，获得三元类水滑石的过程为：以三种过渡金属盐固体为原料，与碱溶液混合溶解，然后利用水热法在碱性环境下进行共沉淀反应制备含三种不同过渡金属元素的三元类水滑石。

然后将三元类水滑石前驱体放入马弗炉中，采用程序升温的方法使升温速率为2～5℃/min，升温至400～600℃后煅烧4h得到含p-n异质结构的复合金属氧化物。

优选的，所述的三种不同过渡金属元素对应的最高金属离子价态同时包含二价和三价，且三种不同过渡金属元素对应的氧化物中既包含p型半导体，也包含n型半导体。更优选的，所述的过渡金属元素选自铁、钴、镍、铜、锌或铟。