聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法技术

聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法，它涉及一种新型复合型光电材料的制备方法。本发明专利技术是为了进一步提高高分子光电材料的性能，方法如下：一、配制纺丝液：二、高压纺丝，热处理；三、将经过步骤二处理的纤维置于噻吩单体、3-己基噻吩单体或3，4-二氧乙基噻吩单体蒸汽中，在温度为25-120℃、气压为0.01-0.5个大气压的条件下，反应2-24小时，即得聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维。本发明专利技术的聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维在2V偏压下，光响应值可达2.27安/瓦。本发明专利技术属于纤维的制备领域。

【技术实现步骤摘要】
聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法
本专利技术涉及一种新型复合型光电材料的制备方法。
技术介绍
高性能光电材料的开发与研究对光电领域，太阳能电池，光催化技术的发展具有重要意义。有机共轭(包括共轭高分子)基光电材料由于其轻质、廉价、性能可调等特性近年来展示重要应用前景和研究价值。有机共轭材料与无机半导体的光电过程存在差异，无机半导体在光照的条件下直接产生光生电子和空穴；而共轭高分子在受到光激发后，体内产生大量的光激子，也就是键合在一起的电子-空穴对，只有使这些激子实现有效的分离，才有望获得较大的光响应信号。目前研究者采用多种方法用来提高有机共轭材料的光电性能来强化其应用价值。现今公认的最有效的方法之一是构建“给体-受体体相光电异质结”，这种方法是将电子给体与受体较均匀的混合在一个复合膜体中。在典型的共轭高分子体相异质结光电材料中，p-型共轭高分子通常作为电子给体，而n-型富勒烯或者n-型无机半导体(CdSe，TiO2，ZnO，SnO2等)作为电子受体。体相光电异质结具有如下三个结构特点：(1)给体与受体均匀混合，并处于相分离状态；(2)给体与受体接触界面为纳米级，接触面巨大；(3)给体与受体形成各自的连续相，能实现有效的电荷传导与收集。这种相互交错贯通的体相异质结材料可以非常有效地提高光激子的分离和降低光生电荷的复合，进而使光电效率大幅提高。虽然体相光电异质结已经取得重要成功，但是高分子光电材料的光生电荷的传导与收集效率须进一步提高。近年来人们提出了另外一种提高光电材料性能的方法：即构建一维纳米结构光电材料，利用一维纳米材料的限域传导特性提高光生电荷的传导与收集效率。
技术实现思路
本专利技术是为了进一步提高高分子光电材料的性能，提供了一种“一维纳米体相光电异质结”材料的制备方法，即在一维微纳米纤维中构建复合均一的、相互渗透的、双连续的聚噻吩类(给体)/无机半导体(受体)体相异质结，来形成聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维。聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法如下：一、配制纺丝液：将钛盐前驱体或锡盐前驱体、铁盐前驱体、聚乙烯吡咯烷酮溶于溶剂中，得纺丝液，纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为4-10％，铁与钛或锡的摩尔比0.5-2﹕1；二、在电压为10-30kV条件下高压纺丝，得前体复合纤维，然后在400-800℃的条件下处理3-8小时得复合纳米纤维，然后在盐酸蒸汽气氛下处理10-60分钟，组分铁被活化，得酸活化纳米纤维；三、将酸活化纳米纤维置于噻吩单体、3-己基噻吩单体或3，4-乙烯二氧噻吩单体蒸汽中，在温度为25-120℃、气压为0.01-0.5个大气压的条件下，反应2-24小时，即得聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维；步骤一中所述的铁盐前驱体是硝酸铁、氯化铁或硫酸铁；步骤一中所述的钛盐前躯体是钛酸丁酯、钛酸异丙酯或硝酸钛；步骤一中所述的锡盐前躯体是二氯亚锡或四氯化锡，步骤一中所述的溶剂为氮,氮-二甲基甲酰胺和乙醇的混合物或者乙酸和乙醇的混合物，其中氮,氮-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为0.5-2﹕1，乙酸与乙醇的体积比为10﹕(3-1)。聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法如下：一、配制纺丝液：将钛盐前驱体、锡盐前驱体、铟盐前驱体及锌盐前驱体中的一种、铈盐前驱体和聚乙烯吡咯烷酮溶于溶剂中，得纺丝液，纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为4-10％，铈与金属阳离子(钛、锡、铟或锌)的摩尔比0.5-2﹕1；二、在电压为10-30kV条件下高压纺丝，得前体复合纤维，然后在400-800℃的条件下处理3-8小时，得氧化物复合纳米纤维；三、将氧化物复合纳米纤维置于噻吩单体、3-己基噻吩单体或3，4-乙烯二氧噻吩单体蒸汽中，在温度为25-120℃、气压为0.01-0.5个大气压的条件下，反应2-24小时，即得聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维；步骤一中所述的铈盐前驱体是硝酸铈或硫酸亚铈；步骤一中所述的钛盐前躯体是钛酸丁酯、钛酸异丙酯或硝酸钛；步骤一中所述的锡盐前躯体是二氯亚锡或四氯化锡；步骤一中所述的铟盐前躯体是硝酸铟；步骤一中所述的锌盐前躯体是硝酸锌、醋酸锌或氯化锌；步骤一中所述的溶剂为氮,氮-二甲基甲酰胺与乙醇的混合物，氮,氮-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为0.5-2﹕1。聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法如下：一、配制纺丝液：将金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和造孔剂P123溶于溶剂中，得纺丝液，纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为4-10％，金属盐与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.3-3﹕1；造孔剂P123与金属盐质量比为0.01-0.3﹕1；二、在电压为10-30kV条件下高压纺丝，得前体复合纤维，然后在400-800℃的条件下处理3-8小时，得氧化物介孔纳米纤维；三、将氧化物介孔纳米纤维浸入浓度为0.1mol/L-3mol/L的氧化引发剂水溶液中1h-24小时，并在室温下干燥，得纳米纤维，将纳米纤维置于噻吩单体、3-己基噻吩单体或3，4-乙烯二氧噻吩单体蒸汽中，在温度为25-120℃、气压为0.01-0.5个大气压的条件下，反应2-24小时，即得聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维；步骤一中所述的金属盐为钛盐前驱体、锡盐前驱体、铟盐前驱体或锌盐前驱体，所述的钛盐前躯体是钛酸丁酯、钛酸异丙酯或硝酸钛；所述的锡盐前躯体是二氯亚锡或四氯化锡；所述的铟盐前躯体是硝酸铟；所述的锌盐前躯体是硝酸锌、醋酸锌或氯化锌；所述的溶剂为氮,氮-二甲基甲酰胺与乙醇的混合物或者乙酸和乙醇的混合物，其中氮,氮-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为0.5-2，乙酸与乙醇的体积比为10:(3-1)；步骤二中所述的氧化引发剂为硝酸铈、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁或氯金酸。聚噻吩类高分子主要指聚3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚噻吩(PTH)；无机电子受体材料主要是TiO2，SnO2，In2O3等n型半导体材料。本专利技术采用电纺丝技首先获得无机氧化物纳米纤维模版，然后将共轭高分子渗入或组装到纳米纤维中。这里将无机纳米纤维模版和共轭高分子的可控合成综合在一起进行描述。本专利技术采用电纺丝首先获得无机氧化物纳米纤维模版，然后将共轭高分子渗入或组装到纳米纤维中。因此，为了进一步提高高分子光电材料的性能，本专利技术提出“一维纳米体相光电异质结”，即在一维纳米结构中构建给体-受体体相异质结。并由于聚噻吩类高分子在导电高分子材料中光电性能最为优异，因此本专利技术提出以电纺丝技术为支持，结合多种处理技术，在一维微纳米纤维中构建复合均一的、相互渗透的、双连续的聚噻吩类(给体)/无机半导体(受体)体相异质结的方法。表征光敏材料重要参数是光响应值，它是光电流与光强的比值，计算公式可以表示为：光电流大小/即时光强*有效受光面积。对于本专利技术所得复合异质结纤维，测试条件为光强1.5毫瓦/平方米，光源波长365纳米，测试偏压为2V，电极沟道宽度100纳米，并用SEM计数沟道内纤维根数并计算有效面积。本专利技术聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的光响应值，在相同或相近的测试条件下比文献中报道的共轭高分子材料的都高，并且也比纯无机纳米纤维高。在2V偏压下，光响应值可达本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法，其特征在于聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法如下：一、配制纺丝液：将钛盐前驱体或锡盐前驱体、铁盐前驱体、聚乙烯吡咯烷酮溶于溶剂中，得纺丝液，纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为4‑10％，铁与钛或锡的摩尔比0.5‑2﹕1；二、在电压为10‑30kV条件下高压纺丝，得前体复合纤维，然后在400‑800℃的条件下处理3‑8小时得复合纳米纤维，然后在盐酸蒸汽气氛下处理10‑60分钟，组分铁被活化，得酸活化纳米纤维；三、将酸活化纳米纤维置于噻吩单体、3‑己基噻吩单体或3，4‑乙烯二氧噻吩单体蒸汽中，在温度为25‑120℃、气压为0.01‑0.5个大气压的条件下，反应2‑24小时，即得聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维；步骤一中所述的铁盐前驱体是硝酸铁、氯化铁或硫酸铁；步骤一中所述的钛盐前躯体是钛酸丁酯、钛酸异丙酯或硝酸钛；步骤一中所述的锡盐前躯体是二氯亚锡或四氯化锡，步骤一中所述的溶剂为氮,氮‑二甲基甲酰胺和乙醇的混合物或者乙酸和乙醇的混合物，其中氮,氮‑二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为0.5‑2﹕1，乙酸与乙醇的体积比为10﹕(3‑1)。...

【技术特征摘要】
1.聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法，其特征在于聚噻吩类高分子/无机半导体体相异质结纳米纤维的制备方法如下：一、配制纺丝液：将金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和造孔剂P123溶于溶剂中，得纺丝液，纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为4-10％，金属盐与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.3-3﹕1；造孔剂P123与金属盐质量比为0.01-0.3﹕1；二、在电压为10-30kV条件下高压纺丝，得前体复合纤维，然后在400-800℃的条件下处理3-8小时，得氧化物介孔纳米纤维；三、将氧化物介孔纳米纤维浸入浓度为0.1mol/L-3mol/L的氧化引发剂水溶液中1小时-24小时，并在室温下干燥，得纳米纤维，将纳米纤维置于噻吩单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，张欣桐，石瑞莎，崔福义，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23