一种光电响应型碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法。该方法采用水热法制备碳量子点，电沉积制备ZnO膜，将沉积ZnO膜的导电玻璃浸泡在碳量子点溶液中，吸附一段时间后，经过热处理，得到复合碳量子点的ZnO膜，可以明显提高其光电流。由于该方法在常温下进行，反应容易控制，且吸附效果较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光阳极修饰
，特别涉及一种光电响应型碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法。
技术介绍
ZnO是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，发展前景十分广阔，长期以来，对ZnO薄膜的研究主要集中在压电性、透明导电性、光电性、气敏性、压敏性等方面。ZnO作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO最具潜力的应用是在光电器件领域。不同应用的ZnO薄膜对其结晶取向、粗糙度、压电性、光学性能等有不同的要求，这些差异是由不同的制备技术及其工艺参数所决定的。近年来，许多先进的沉积和生长技术被用于ZnO薄膜的制备，如磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积、喷雾热解、溶胶一凝胶、金属有机化学气相沉积、电化学等方法。最近几年来，人们对采用电化学沉积法制备ZnO薄膜的技术产生了浓厚的兴趣。由于该方法操作简单、成本低廉、膜厚和形貌可控(仅调节电化学操作参数)，且适合形状复杂基底，并具有相对较高的沉积速率，所以一经提出便受到了广泛的重视。由于半导体材料ZnO只能吸收光子能量大于其带隙的紫外光，导致其为光阳极的染料敏化太阳能电池光电转换效率偏低。对半导体进行元素掺杂能有效改变材料的光学和电子性质，掺杂是一种改变半导体特性非常有效的手段。In掺杂ZnO能有效提高ZnO光阳极电池的光捕获强度，尤其在可见光区内的IPCE明显提高，同时In的掺杂降低电子复合电阻，延长电子寿命，提高电池效率。HanhongChen等人米用金属有机气相沉积法制备Ga掺杂的ZnO(GZO)薄膜，Ga的掺杂成功的提高了材料的单色光光电转换效率，530nm的单色光转化效率达到79％，然而，GZO为垂直生长的三维结构，吸附染料量较低，因此总的光电转换效率仅为0.77％。SiningYun等人用Al原子取代ZnO晶格中的Zn原子，制备Al掺杂的ZnO光阳极，并从两个方面提高电池的光流密度和转换效率。研究人员还发现Sn掺杂ZnO能明显提高电池的电化学性能，研究发现Sn的掺杂改变ZnO表面形貌，掺杂后ZnO为纺锤体，掺杂进一步提高了阳极和电解质界面的电子传输和收集效率，提高光电性能。LijuanLuo等人制备了非金属F掺杂的ZnO棱形阵列，掺杂后ZnO的电子寿命增加，电子传输电阻降低，光电转换效率增大。LanlanLu等人研究一系列稀土元素(La,Ce,Nd,Sm和Gd)对ZnO光电性能的影响，发现稀土能钝化ZnO阳极的表面态。在这些稀土元素中Nd，Sm和Gd的掺杂增加了电池的开路电压和填充因子，La,Ce,Nd和Sm的掺杂导致光电流的下降，其中Gd的掺杂成功的提高了电池的光电转换效率。因此，需要寻找一种简单易操作的修饰氧化锌光阳极的方法来提高氧化锌的光电性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种光电响应型碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法，提高作为光阳极材料的ZnO膜的光电性能。为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案：常温下浸泡的方法，使电沉积的ZnO膜吸附碳量子点溶液，提高其光电性能，包括以下步骤：步骤1)电沉积ZnO薄膜的工作电极极可以采用掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(FTO)，对电极为铂棒，参比电极为Ag/AgCl电极，以硝酸锌的水溶液为电解液，施加电压，电沉积ZnO薄膜。步骤2)水热合成碳量子点采用柠檬酸铵和乙二胺在去离子水中搅拌均匀置于反应釜中，在200℃下反应5h，过滤后透析，干燥。步骤3)将沉积ZnO膜的导电玻璃浸泡在碳量子点溶液中，吸附一段时间后，经过热处理，得到复合碳量子点的ZnO膜。进一步的，所述的电沉积ZnO膜的硝酸锌溶液的浓度为0.01～0.5mol/L。进一步的，所述的吸附时间为0.5～8h。进一步的，所述的吸附温度为常温～80度。进一步的，吸附碳量子点之后的ZnO膜在90℃下热处理1h。与现有技术相比，本专利技术的效果及优点是：(1)常温下进行吸附，得到ZnO/CQDs的复合膜，较高提高了ZnO膜的光电流，操作简便并降低了能源消耗；(2)电沉积设备简单，较易达到工业化生产的规模和要求；(3)水热合成碳量子点方法简单，能稳定保存，并且碳量子点价格便宜，来源广，能明显降低生产成本。由上述优点可见，本专利技术对提高作为光阳极材料的ZnO膜的光电性能有重要意义。附图说明图1实施例1中，电沉积ZnO薄膜的扫描电镜图。图2实施例1中，水热合成碳量子点的荧光强度(激发波长为364nm)。图3事实例1中，ZnO吸附碳量子点前后的光电流图。具体实施方式以下通过具体实施例结合附图详细说明本专利技术的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本专利技术的保护范围。常温下浸泡的方法，使电沉积的ZnO膜吸附碳量子点溶液，提高其光电性能，包括以下步骤：步骤1)电沉积ZnO薄膜的工作电极极可以采用掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(FTO)，对电极为铂棒，参比电极为Ag/AgCl电极，以硝酸锌的水溶液为电解液，施加电压，电沉积ZnO薄膜。步骤2)水热合成碳量子点采用柠檬酸铵和乙二胺在去离子水中搅拌均匀置于反应釜中，在200℃下反应5h，过滤后透析，干燥。步骤3)将沉积ZnO膜的导电玻璃浸泡在碳量子点溶液中，吸附一段时间后，经过热处理，得到复合碳量子点的ZnO膜。进一步的，所述的电沉积ZnO膜的硝酸锌溶液的浓度为0.1mol/L。进一步的，所述的吸附时间为2h。进一步的，所述的吸附温度为常温。进一步的，吸附碳量子点之后的ZnO膜在90℃下热处理1h。进一步的，光电催化的测试环境为0.1MNa2SO4,100mW/cm2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电响应型碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法，其特征在于，采用常温下浸泡的方法，使电沉积的ZnO膜吸附碳量子点溶液，提高其光电性能，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)电沉积ZnO薄膜的工作电极极可以采用掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(FTO)，对电极为铂棒，参比电极为Ag/AgCl电极，以硝酸锌的水溶液为电解液，施加电压，电沉积ZnO薄膜。步骤2)水热合成碳量子点采用柠檬酸铵和乙二胺在去离子水中搅拌均匀置于反应釜中，在200℃下反应5h，过滤后透析，干燥。步骤3)将沉积ZnO膜的导电玻璃浸泡在碳量子点水溶液中，吸附一段时间后，经过热处理，得到复合碳量子点的ZnO膜。

【技术特征摘要】
1.一种光电响应型碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法，其特征在于，采用常温下浸泡的方法，使电沉积的ZnO膜吸附碳量子点溶液，提高其光电性能，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)电沉积ZnO薄膜的工作电极极可以采用掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(FTO)，对电极为铂棒，参比电极为Ag/AgCl电极，以硝酸锌的水溶液为电解液，施加电压，电沉积ZnO薄膜。步骤2)水热合成碳量子点采用柠檬酸铵和乙二胺在去离子水中搅拌均匀置于反应釜中，在200℃下反应5h，过滤后透析，干燥。步骤3)将沉积ZnO膜的导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长海，仇阳阳，王芳，陈智栋，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32