一种有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构的制备方法技术

本发明专利技术为一种有序、高密度Ag‑Al2O3‑MoS2纳米结构的制备方法。该方法通过化学气相沉积法在普通光学玻璃片上制备单层二硫化钼；在制备的电阳极氧化铝模板表面热蒸镀一层银纳米薄膜，然后放入原子层沉积腔中保温形成银纳米颗粒并镶嵌在有序排列的氧化铝模板孔洞中，形成有序、高密度的银纳米球阵列；通入气相前驱体，在银纳米颗粒表面沉积一层Al2O3薄膜，得到Ag‑Al2O3核壳纳米球阵列结构；取出所得样品，将单层二硫化钼通过湿法转移的方式转移到制备的Ag‑Al2O3核壳纳米球阵列结构上，并利用甲苯溶液除去转移时所使用的支撑层聚苯乙烯(PS)，以形成有序、高密度Ag‑Al2O3‑MoS2纳米结构，并应用于光催化产氢测试。

A preparation method for ordered and high-density Ag-Al2O3-MoS2 nanostructures

The invention is an orderly and high-density preparation method of Ag Al2O3 MoS2 nano structure. The method is used to prepare single layer molybdenum disulfide on ordinary optical glass by chemical vapor deposition. A silver nano film is steamed on the surface of an anodic aluminum oxide template prepared and deposited in an atomic layer deposition cavity to form silver nanoparticles and inlaid in an ordered oxygen aluminum template hole to form order and high. The density of silver nanospheres array, through the precursor of gas phase, deposited a layer of Al2O3 film on the surface of silver nanoparticles, and obtained the structure of Ag Al2O3 nuclear shell nanospheres. The samples were removed and the monolayer molybdenum disulfide was transferred to the prepared Ag Al2O3 nuclear shell nanospheres by the wet transfer method, and the toluene solution was used. The support layer polystyrene (PS) used to remove the transfer was used to form an ordered and high-density Ag Al2O3 MoS2 nanostructure, and was applied to the photocatalytic hydrogen production test.

【技术实现步骤摘要】
一种有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构的制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备领域以及光催化领域，尤其涉及一种有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构的制备方法。
技术介绍
从目前全球能源使用格局来看，化石燃料仍然占据主导地位，但是由于化石燃料短时间内难以再生及使用过程中产生的二氧化碳、氮氧化合物等气体，对于地球的气候和环境产生了难以估量的影响。如何为不断增长的人口提供方便、清洁以及高效的能源是各国需要解决的一大问题。因此如太阳能、水能、风能等可持续性能源正逐渐成为可替代化石燃料的选择。然而，将以上能量储存并集成到电网中是各国当前面临的一大挑战。氢气具有很高的能量密度，由于其燃烧产物只有水，通常被认为是一种完美的清洁能源载体。通过光电化学分解水的方式，将太阳能转变成化学能是非常有前途的方式，然而，要使分解水的成本降低，重大的技术突破是非常有必要的，关键之处在于从地球上丰富的材料中开发出高活性、高稳定性的催化剂组分。现在已知的材料中，铂及铂系金属是析氢反应效率最高的催化剂，但是其资源有限性和极高的成本限制了它的商业化应用。鉴于目前全球对于能源的强烈需求，寻找出一种具有高催化活性的廉价替代物，来取代铂在析氢催化剂中的地位是十分必要的。近来，纳米结构二硫化钼因为其硫边缘束缚氢原子的自由能与铂很接近，已经被确认为铂系催化剂潜在的替代物，然而单纯二硫化钼的催化析氢性能由于活性边缘点数目的有限性以及糟糕的导电性而受到限制。近年来发展迅速的表面等离子体共振(SPR)为克服光催化剂效率受到限制的现象提供了一个很好的机会。光催化剂通过利用光生载流子(电子和空穴)开始氧化还原反应，实现太阳能到化学能的转变。金属纳米颗粒，特别是金、银、铜等货币金属在可见光区域及近可见光区域产生的特征局部表面等离子体共振(LSPR)有助于在光催化过程中提高对可见光及近可见光区域的光吸收，将产生的等离子体能量通过同时发生的等离子体诱导共振能量转移(PIRET)和直接电子转移(DET)的方式，从纳米金属离子转移到半导体中，并在半导体上产生电子-空穴对，对光催化剂的效率提高产生有利影响。当前有高密度银(Ag)纳米球阵列的制备以及制备Ag-Al2O3-Ag核壳纳米结构应用于表面拉曼增强散射(SERS)领域的有关专利及文章，主要是以电化学腐蚀法制得的阳极氧化铝为模板，经过溅射Ag金属到模板上，另外还结合原子层沉积技术在银上沉积氧化铝，但是将这种高密度Ag纳米球以及Ag-Al2O3-Ag核壳纳米结构作为工作电极应用于光催化产氢会存在银直接与酸性溶液接触，在加电压的条件下，容易氧化变黑，损坏工作电极，而且存在催化效果不理想的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术存在的不足，提供一种有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构的制备方法。该方法直接以普通光学玻璃为基底，分别以三氧化钼(MoO3)和单质硫为钼源及硫源，在其上面生长出单层二硫化钼，并通过湿法转移的方法将其转移到制备的高密度、有序Ag-Al2O3纳米核壳结构上，除去转移支撑层后得到一种可应用于光催化制氢领域的工作电极。本专利技术的技术方案为：一种有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构的制备方法，所述方法包括：通过化学气相沉积(CVD)法在普通光学玻璃片上制备单层二硫化钼；在电化学腐蚀法制备的阳极氧化铝模板表面热蒸镀一层银纳米薄膜；将所得样品放入原子层沉积腔中加热至预设温度并保持3小时，使银薄膜固态脱湿以形成银纳米颗粒并镶嵌在有序排列的氧化铝模板孔洞中，形成有序、高密度的银纳米球阵列；在所预设温度下通入气相前驱体，在银纳米颗粒表面沉积一层Al2O3薄膜，得到Ag-Al2O3核壳纳米球阵列结构；取出所得样品，将使用化学气相沉积(CVD)法制备的单层二硫化钼通过湿法转移的方式转移到Ag-Al2O3核壳纳米球阵列结构上，并利用甲苯溶液除去转移时所使用的支撑层聚苯乙烯(PS)，以形成有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构；并应用于光催化产氢测试。(1)通过化学气相沉积(CVD)法在普通光学玻璃片上制备单层二硫化钼，备用；其中，生长单层二硫化钼的条件为钼源3～5mg，硫源0.4～0.6g，温度为650～800℃，生长时间2～10min，钼源与硫源相距距离为30～50cm，载气气体为氩气(Ar)，载气气体流速为10～100sccm，每3.75平方厘米玻璃片上生长的二硫化钼4.2×10-4～1.2×10-3mg；(2)通过电化学方法对铝片进行腐蚀，以铝片为阳极，铂丝电极为阴极，施加电压25～40伏，电解液为0.4～0.6mol/L草酸溶液，反应时间为12～24h，得到阳极氧化铝模板；然后将该模板放入超声清洗机中并依次使用去离子水、丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗；其中，超声功率为150～200W，频率为40KHz，超声时间分别是3～5分钟；(3)将上一步得到的阳极氧化铝模板固定在高真空热蒸发镀膜系统中的样品托盘上，位于钨舟的正上方，将银粒放在钨舟中，通电加热至980～1050℃，至舟中银融化成液体，热蒸镀一层银薄膜；其中，热蒸发腔内压强抽至3～5×10-4Pa，热蒸发的速率为样品台转动速度为10～50r/min，金属银薄膜的厚度为15～40nm；(4)然后把热蒸镀银后的阳极氧化铝模板放入原子层沉积腔内，并且在150～250℃下保温2～4h；(5)进行保温到达设定时间后，开始向原子层沉积腔内通入气相前驱体，三甲基铝和水分别作为铝源和氧源，通过脉冲循环在银纳米颗粒表面沉积一层Al2O3薄膜，得到Ag-Al2O3核壳纳米球阵列结构，包括：使用原子层沉积设备时的工作参数为：温度为150～250℃，压强133～399Pa，循环次数30～60次，三甲基铝的脉冲时间设置为0.001～0.005s，水的脉冲时间设置为0.0001～0.0005s；(6)将步骤(1)中制备的单层二硫化钼通过湿法转移的方式转移到Ag-Al2O3核壳纳米球阵列结构上，并利用甲苯溶液除去转移支撑层聚苯乙烯(PS)，得到Ag-Al2O3-MoS2纳米结构。所述的有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构材料的应用，将其用于制备光催化产氢的工作电极。本专利技术的有益效果为：本专利技术实施例提出了在阳极氧化铝基底上制备有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构：利用阳极氧化铝模板的有序、高密度分布的孔洞，使得固态脱湿后的银薄膜变成银球镶嵌在孔洞中，形成相应分布的纳米球阵列；再利用原子层沉积(ALD)技术在金属银纳米粒子(Ag-NPs)表面和间隙处均匀的沉积一层极薄的Al2O3纳米薄膜，形成Ag-Al2O3球状核壳纳米结构；将在普通光学玻璃上使用化学气相沉积(CVD)法制备的单层二硫化钼通过湿法转移的方式转移到Ag-Al2O3核壳纳米球阵列结构上，并利用甲苯溶液除去转移时所使用的支撑层聚苯乙烯(PS)，制得Ag-Al2O3-MoS2工作电极。具体体现为：(1)通过化学气相沉积法直接在普通光学玻璃上生长单层MoS2，与传统的Si/SiO2、蓝宝石基底相比较，达到降低成本的效果；(2)制备过程简单，可大面积制备，通过热蒸镀和原子层沉积方法，可一次制备出直径4cm大小的Ag-Al2O3基底，可按所需大小裁剪作为转移基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有序、高密度Ag‑Al2O3‑MoS2纳米结构的制备方法，其特征为该方法包括：（1）通过化学气相沉积（CVD）法在普通光学玻璃片上制备单层二硫化钼，备用；其中，生长单层二硫化钼的条件为钼源3~5mg，硫源0.4~0.6g，温度为650~800℃，生长时间2~10min，钼源与硫源相距距离为30~50cm，载气气体为氩气（Ar），载气气体流速为10~100sccm，每3.75平方厘米玻璃片上生长的二硫化钼4.2×10‑4~1.2×10‑3mg；（2）通过电化学方法对铝片进行腐蚀，以铝片为阳极，铂丝电极为阴极，施加电压25~40伏，电解液为0.4~0.6mol/L草酸溶液，反应时间为12~24h，得到阳极氧化铝模板；然后将该模板放入超声清洗机中并依次使用去离子水、丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗；其中，超声功率为150~200W，频率为40KHz，超声时间分别是3~5分钟；（3）将上一步得到的阳极氧化铝模板固定在高真空热蒸发镀膜系统中的样品托盘上，位于钨舟的正上方，将银粒放在钨舟中，通电加热至980~1050℃，至舟中银融化成液体，热蒸镀一层银薄膜；其中，热蒸发腔内压强抽至3~5×10‑4 Pa，热蒸发的速率为0.1~0.5Å/S，样品台转动速度为10~50r/min，金属银薄膜的厚度为15~40nm；（4）然后把热蒸镀银后的阳极氧化铝模板放入原子层沉积腔内，并且在150~250℃下保温2~4h；（5）进行保温到达设定时间后，开始向原子层沉积腔内通入气相前驱体，三甲基铝和水分别作为铝源和氧源，通过脉冲循环在银纳米颗粒表面沉积一层Al2O3薄膜，得到Ag‑Al2O3核壳纳米球阵列结构，包括：使用原子层沉积设备时的工作参数为：温度为150~250℃，压强133~399Pa，循环次数30~60次，三甲基铝的脉冲时间设置为0.001~0.005s，水的脉冲时间设置为0.0001~0.0005s；（6）将步骤（1）中制备的单层二硫化钼通过湿法转移的方式转移到Ag‑Al2O3核壳纳米球阵列结构上，并利用甲苯溶液除去转移支撑层聚苯乙烯（PS），得到Ag‑Al2O3‑MoS2纳米结构。...

【技术特征摘要】
1.一种有序、高密度Ag-Al2O3-MoS2纳米结构的制备方法，其特征为该方法包括：（1）通过化学气相沉积（CVD）法在普通光学玻璃片上制备单层二硫化钼，备用；其中，生长单层二硫化钼的条件为钼源3~5mg，硫源0.4~0.6g，温度为650~800℃，生长时间2~10min，钼源与硫源相距距离为30~50cm，载气气体为氩气（Ar），载气气体流速为10~100sccm，每3.75平方厘米玻璃片上生长的二硫化钼4.2×10-4~1.2×10-3mg；（2）通过电化学方法对铝片进行腐蚀，以铝片为阳极，铂丝电极为阴极，施加电压25~40伏，电解液为0.4~0.6mol/L草酸溶液，反应时间为12~24h，得到阳极氧化铝模板；然后将该模板放入超声清洗机中并依次使用去离子水、丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗；其中，超声功率为150~200W，频率为40KHz，超声时间分别是3~5分钟；（3）将上一步得到的阳极氧化铝模板固定在高真空热蒸发镀膜系统中的样品托盘上，位于钨舟的正上方，将银粒放在钨舟中，通电加热至980~1050℃，至舟中银融化成液体，热蒸镀一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璋，胡先标，程鹏飞，周青伟，苏绍强，王新，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44