[发明专利]一种三层纳米棒阵列异质结结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种三层纳米棒阵列异质结结构及其制备方法，涉及某技术领域。其中，所述三层纳米棒阵列异质结结构包括依次层叠设置的SnO₂纳米棒阵列层、TiO₂纳米棒阵列层和ZnO纳米棒阵列层。本发明通过构建三层纳米棒阵列、以及对每层纳米棒阵列中材料的合理选择，一方面使所述异质结结构具有梯度能带结构，从而能加速光生电子和空穴的分离，另一方面通过将每层设计为一维的纳米棒阵列结构，为光生载流子的传输提供了高速通道，两者协同作用，共同提高了电荷传输效率，使所述三层纳米棒阵列异质结结构的光电化学性能优异；此外，该三层纳米棒阵列异质结结构还具有比表面积大的特点，因此其对光的利用率高。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种三层纳米棒阵列异质结结构及其制备方法。

背景技术

异质结是由两种不同的半导体材料相接触所形成的界面区域。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结(P-p结或N-n结)和异型异质(P-n或p-N)结，多层异质结称为异质结构。

二氧化钛(TiO₂)和氧化锌(ZnO)都是重要的N型宽禁带半导体材料，具有良好的物理和化学性能，并且材料成本低廉且无毒，被视为解决环境问题和能源危机的理想材料，在太阳能电池、光催化裂解水或光催化降解有机污染物、电化学能存储及传感器等领域拥有广泛的应用。

随着纳米技术的发展，人们开发出很多TiO₂和ZnO的纳米材料，主要包括纳米棒、纳米线、纳米颗粒、纳米薄膜等，其中，纳米棒阵列层结构可为电子提供定向的传输通道，提高电子的传输速率、减少电子传输过程中的损失。而单一组分的TiO₂和ZnO纳米棒阵列层材料由于内部载流子容易复合的问题导致其光电化学性能较低。

具有多层复合结构的氧化锌和二氧化钛纳米结构的异质结材料相比由单一的二氧化钛或氧化锌构成的单层纳米结构材料具有更大的比表面积、更好的光散射和吸收能力、更优的光电化学性能，因此成为纳米材料领域研究的热点。但目前一般是制备得到一维氧化锌纳米棒阵列和二维二氧化钛薄膜的异质结复合结构，这种复合结构的光电化学性能仍较低，限制了其应用。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种三层纳米棒阵列异质结结构及其制备方法，旨在提供一种光电化学性能优异的三层纳米棒阵列异质结结构。

为实现上述目的，本发明提出一种三层纳米棒阵列异质结结构，所述三层纳米棒异质结结构包括依次层叠设置的SnO₂纳米棒阵列层、二氧化钛纳米棒阵列层和ZnO纳米棒阵列层。

可选地，所述SnO₂纳米棒阵列层的厚度为350～400nm，所述SnO₂纳米棒阵列层中的每一SnO₂纳米棒的棒径为50～120nm；和/或，

所述TiO₂纳米棒阵列层的厚度为1～2μm，所述TiO₂纳米棒阵列层中的每一TiO₂纳米棒的棒径为50～120nm；和/或，

所述ZnO纳米棒阵列层的厚度为0.5～1μm，所述ZnO纳米棒阵列层中的每一ZnO纳米棒的棒径为50～100nm。

进一步地，本发明还提出一种如上所述的三层纳米棒阵列异质结结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S10、提供一衬底，并在衬底上涂设SnO₂溶液，然后高温退火，得到SnO₂种子层；

S20、将含有所述SnO₂种子层的衬底置于SnO₂前驱体溶液中，在180～220℃下进行水热反应，以在所述SnO₂种子层上生长得到SnO₂纳米棒阵列层；