[发明专利]一种Fe掺杂的ZnO纳米薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Fe掺杂的ZnO纳米薄膜及其制备方法和应用，本发明提供了一种通过水热法在GPET透明导电柔性衬底上成功的制备了Fe掺杂ZnO纳米材料，研究了其光催化性能，以六水硝酸锌、六次甲基四胺和九水硝酸铁为主要反应物，先在柔性衬底GPET表面离子溅射一层很薄的ZnO籽晶层；然后配制不同浓度Fe掺杂的ZnO前驱体溶液；将柔性衬底上垂直放入反应溶液中，水热法生长Fe掺杂ZnO纳米结构，获得可用作光催化剂的Fe‑ZnO/GPET纳米复合材料。本发明通过水热反应获得的产物具有特殊的正六边形的纳米棒状结构，对亚甲基蓝溶液有较强的降解作用，在环境治理等领域具有广阔的研究前景，适合大面积生产和应用。

【技术领域】

本发明属于金属氧化物半导体材料技术领域，具体涉及一种Fe掺杂的ZnO纳米薄膜及其制备方法和应用。

【背景技术】

氧化锌(ZnO)作为一种n型半导体，因其具有3.37eV的宽带隙、约60meV的高激子结合能、各向异性生长及环保等优良特性而被广泛应用于有机染料光催化降解的光催化剂。然而，由于光生电子-空穴对的快速重组，ZnO会抑制光催化效率。对于纳米材料而言，掺杂可使其性能的得到显著改变，因掺杂后原子数量较少且大多数处于纳米材料的表面。

目前ZnO纳米材料的合成方法包括蒸发法、溶胶凝胶法、原子层沉积法、气相沉积法、喷雾热解法和水热法等，基于水热法制备简单、可大规模生产等优势而得到了广泛的应用，是一种理想的制备掺杂ZnO纳米材料的途径。

目前，大部分关于与本发明类似的Fe掺杂ZnO的制备包括：如文献ACS OMEGA 4(2019)10252，主要研究通过水热法合成应用于气体传感应用的Fe掺杂ZnO/还原氧化石墨烯；文献Journal of The Electrochemical Society 163(2016)517，主要研究通过水热法成功的制备了具有不同Fe掺杂浓度的ZnO纳米球，应用于检测甲醛的ZnO气体传感器。但是上述的现有技术中，却没有针对如何避免ZnO抑制光催化效率，以充分利用ZnO的半导体特性的方法。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种Fe掺杂的ZnO纳米薄膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中缺少如何避免ZnO在应用过程中抑制光催化效率的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种Fe掺杂的ZnO纳米薄膜，所述Fe掺杂的ZnO纳米薄膜由Fe掺杂的ZnO纳米棒组成，所述Fe掺杂的纳米棒附着在GPET薄膜上。

一种Fe掺杂的ZnO纳米薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，预处理GPET柔性衬底；

步骤2，在GPET柔性衬底上通过磁控溅射沉积ZnO种子层，得到沉积有种子层的衬底；

步骤3，配置前驱体溶液，所述前驱体溶液的溶质六次甲基四胺、六水硝酸锌和九水硝酸铁，溶剂为水；所述六次甲基四胺、六水硝酸锌和九水硝酸铁的摩尔比为1:1:(1～8)；

步骤4，将沉积有种子层的衬底放置在前驱体溶液中，所述ZnO种子垂直于水平面，形成反应体系，反应体系发生水热反应，水热反应后在GPET柔性衬底生成Fe掺杂的ZnO纳米薄膜。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中所述预处理过程为：将GPET柔性衬底裁剪为若干个方形衬底，将方形衬底通过丙酮和乙醇依次超声清洗后，通过去离子水超声清洗，将清洗后的方形衬底烘干后备用。

优选的，步骤2中，溅射时间为3～5min，溅射电流为6～10mA，压强为8～10Pa。

优选的，步骤2中，所述种子层的厚度为30nm。