一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列及其制备方法。本发明专利技术在Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列过程中，使用巯基丙酸作为稳定剂可以有效抑制Bi(NO3)3的水解，同时利用硫蒸气来代替硫化钠水溶液，可以有效抑制Bi2S3量子点的光解，从而大大提高了Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的稳定性以及光电性能。本发明专利技术制备得到的含有ZnSe钝化层的Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列具有比纯TiO2纳米棒阵列(TNR)以及无ZnSe钝化层的Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列更突出的光电性能。

A Bi2S3/TiO2 composite nanorod array and its preparation method

The invention relates to a Bi2S3/titanium dioxide composite nanorod array and a preparation method thereof. In the process of Bi2S3/TiO2 composite nanorod array, mercaptopropionic acid as stabilizer can effectively inhibit the hydrolysis of Bi(NO3)3, and sulfur vapor instead of sodium sulfide aqueous solution can effectively inhibit the photolysis of Bi2S3 quantum dots, thereby greatly improving the stability of Bi2S3/TiO2 composite nanorod array. And photoelectric performance. The prepared Bi2S3/titanium dioxide composite nanorod array with ZnSe passivation layer has more outstanding photoelectric properties than pure titanium dioxide nanorod array (TNR) and Bi2S3/titanium dioxide composite nanorod array without ZnSe passivation layer.

【技术实现步骤摘要】
一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列及制备方法
本专利技术属于光电材料领域，具体是涉及一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列及制备方法。
技术介绍
TiO2无毒、高催化活性、价格低廉，是一种重要的宽带隙半导体材料，然而其较大的带隙和高电子-空穴复合率限制了其应用。利用窄带隙半导体与之复合，可以拓展其吸收光谱，抑制光生电荷的复合，是一种有前景的方法。Bi2S3是带隙1.3eV的n型半导体，是一种很好的光电材料，制备Bi2S3/TiO2复合材料可以拓展材料对太阳光的吸收。现有技术中制备Bi2S3/TiO2复合材料的方法为在FTO表面的TiO2纳米棒阵列表面制备Bi2S3纳米颗粒，即：将Bi(NO3)3·5H2O溶解于乙二醇溶液得到Bi3+的前驱体溶液；再将Na2S·9H2O溶解于去离子水中得到S2-的前驱体溶液；将FTO表面的TiO2纳米棒阵列膜样品置于Bi3+的前驱体溶液中浸渍，然后用去离子水冲洗，干燥后再放入S2-的前驱体溶液中沉积，再用去离子水冲洗，再次干燥后得到Bi2S3/TiO2复合材料。但是该制备过程中Bi(NO3)3极易水解，且制得的Bi2S3很容易被光解。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列及制备方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将巯基丙酸加入去离子水中搅拌，随后再加入Bi(NO3)3并持续搅拌直到溶液呈透明状以获得Bi前驱体溶液，所述巯基丙酸与Bi(NO3)3的摩尔比为(0.5～0.7):1，所述Bi前驱体溶液中巯基丙酸浓度为1.2～6毫摩尔/升；步骤2，将TiO2纳米棒阵列置于所述Bi前驱体溶液中浸泡25～35min，再将所述TiO2纳米棒阵列从所述Bi前驱体溶液中取出，并依次进行去离子水冲洗以及氮气吹干；步骤3，之后将所述TiO2纳米棒阵列放入含硫粉的密闭容器内，加热所述密闭容器并使所述硫粉形成硫蒸汽，保持10～20min后冷却，制备得到所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列；进一步技术方案：包括步骤4，制备ZnSe钝化层：将相同摩尔比NaBH4和Se粉加入去离子水中搅拌获得混合溶液，在搅拌过程中不断通入氮气，直到混合溶液最后变为透明状即获得NaHSe溶液；将所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列依次浸入到0.08～0.12摩尔/升Zn(Ac)2·2H2O溶液、0.08～0.12摩尔/升所述NaHSe溶液中各1～3分钟，所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列从Zn(Ac)2·2H2O溶液以及NaHSe溶液中取出后依次进行去离子水冲洗以及氮气吹干，最后获得表面有ZnSe钝化层的Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列。进一步技术方案：所述TiO2纳米棒阵列的制备方法如下：将钛酸四丁酯加入到盐酸溶液中搅拌以获得澄清溶液，所述盐酸溶液浓度为15～20wt％，所述钛酸四丁酯与盐酸溶液体积比为1:(58～62)；之后将经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗并烘干的FTO玻璃倾斜放置于聚四氟乙烯内胆中，所述FTO玻璃导电面朝下，然后将所述澄清溶液倒入所述内胆中，并将所述内胆密封在高压反应釜中，再将所述高压反应釜放置于烘箱中145～155℃保持11～13小时，待其冷却至室温后取出FTO玻璃并用去离子水冲洗去除残余反应溶液；之后将FTO玻璃在430～470℃条件下进行退火处理，控制退火加热速率为1.5～2.5℃/min，最终获得粘附在FTO玻璃表面的所述TiO2纳米棒阵列。进一步技术方案：所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列依次浸入到Zn(Ac)2·2H2O溶液、NaHSe溶液中循环进行多次。一种由所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的制备方法获得的表面有ZnSe钝化层的Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列。本专利技术的有益效果如下：本专利技术在Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列过程中，使用巯基丙酸作为稳定剂可以有效抑制Bi(NO3)3的水解，同时利用硫蒸气来代替硫化钠水溶液，可以有效抑制Bi2S3量子点的光解，从而大大提高了Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的稳定性以及光电性能。本专利技术制备得到的ZnSe/Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列具有比纯TiO2纳米棒阵列(TNR)以及Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列更突出的光电性能。附图说明图1为ZnSe/Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的Raman谱图。图2为ZnSe/Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的透射电镜图。图3为紫外-可见吸收谱图以及PL谱图。图4为光电性能对比示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术技术方案做出更为具体的说明：实施例1TiO2纳米棒阵列(TNR)制备：将钛酸四丁酯加入到盐酸溶液中搅拌以获得澄清溶液，所述盐酸溶液浓度为18wt％，所述钛酸四丁酯与盐酸溶液体积比为1:60；之后将经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗并烘干的FTO玻璃倾斜放置于聚四氟乙烯内胆中，所述FTO玻璃导电面朝下，然后将所述澄清溶液倒入所述内胆中，并将所述内胆密封在高压反应釜中，再将所述高压反应釜放置于烘箱中150℃保持12小时，待其冷却至室温后取出FTO玻璃并用去离子水冲洗去除残余反应溶液；之后将FTO玻璃在450℃条件下进行退火处理，控制退火加热速率为2℃/min，最终获得粘附在FTO玻璃表面的所述TiO2纳米棒阵列。Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的制备：步骤1，将巯基丙酸加入去离子水中搅拌，随后再加入Bi(NO3)3并持续搅拌直到溶液呈透明状以获得Bi前驱体溶液，所述巯基丙酸与Bi(NO3)3的摩尔比为0.6:1，所述Bi前驱体溶液中巯基丙酸浓度分别选择1.2毫摩尔/升、3.6毫摩尔/升以及6毫摩尔/升；步骤2，将TiO2纳米棒阵列置于所述Bi前驱体溶液中浸泡30min，再将所述TiO2纳米棒阵列从所述Bi前驱体溶液中取出，并依次进行去离子水冲洗以及氮气吹干；步骤3，之后将所述TiO2纳米棒阵列放入含硫粉的密闭容器内，加热所述密闭容器并使所述硫粉形成硫蒸汽，保持15min后冷却，制备获得三组所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列，分别记为BT(2mM)、BT(6mM)、BT(10mM)；步骤4，制备ZnSe钝化层：将相同摩尔比NaBH4和Se粉加入去离子水中搅拌获得混合溶液，在搅拌过程中不断通入氮气，直到混合溶液最后变为透明状即获得NaHSe溶液；将所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列依次浸入到0.1摩尔/升Zn(Ac)2·2H2O溶液、0.1摩尔/升所述NaHSe溶液中各2分钟，所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列从Zn(Ac)2·2H2O溶液以及NaHSe溶液中取出后依次进行去离子水冲洗以及氮气吹干，最后获得ZnSe/Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列。所述ZnSe/Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列依次浸入到Zn(Ac)2·2H2O溶液、NaHSe溶液中循环进行1次、3次、5次，对应的ZnSe/Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列分别记为BTZ(1)、BTZ(3)、BTZ(5)。所述ZnSe钝化层沉积的量通过循环浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，将巯基丙酸加入去离子水中搅拌，随后再加入Bi(NO3)3并持续搅拌直到溶液呈透明状以获得Bi前驱体溶液，所述巯基丙酸与Bi(NO3)3的摩尔比为(0.5～0.7):1，所述Bi前驱体溶液中巯基丙酸浓度为1.2～6毫摩尔/升；步骤2，将TiO2纳米棒阵列置于所述Bi前驱体溶液中浸泡25～35min，再将所述TiO2纳米棒阵列从所述Bi前驱体溶液中取出，并依次进行去离子水冲洗以及氮气吹干；步骤3，之后将所述TiO2纳米棒阵列放入含硫粉的密闭容器内，加热所述密闭容器并使所述硫粉形成硫蒸汽，保持10～20min后冷却，制备得到所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列。

【技术特征摘要】
1.一种Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，将巯基丙酸加入去离子水中搅拌，随后再加入Bi(NO3)3并持续搅拌直到溶液呈透明状以获得Bi前驱体溶液，所述巯基丙酸与Bi(NO3)3的摩尔比为(0.5～0.7):1，所述Bi前驱体溶液中巯基丙酸浓度为1.2～6毫摩尔/升；步骤2，将TiO2纳米棒阵列置于所述Bi前驱体溶液中浸泡25～35min，再将所述TiO2纳米棒阵列从所述Bi前驱体溶液中取出，并依次进行去离子水冲洗以及氮气吹干；步骤3，之后将所述TiO2纳米棒阵列放入含硫粉的密闭容器内，加热所述密闭容器并使所述硫粉形成硫蒸汽，保持10～20min后冷却，制备得到所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列。2.如权利要求1所述的Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列的制备方法，其特征在于包括步骤4，制备ZnSe钝化层：将相同摩尔比NaBH4和Se粉加入去离子水中搅拌获得混合溶液，在搅拌过程中不断通入氮气，直到混合溶液最后变为透明状即获得NaHSe溶液；将所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列依次浸入到0.08～0.12摩尔/升Zn(Ac)2·2H2O溶液、0.08～0.12摩尔/升所述NaHSe溶液中各1～3分钟，所述Bi2S3/TiO2复合材料纳米棒阵列从Zn(Ac)2·2H2O溶液以及NaHSe溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蕾，王壮，尹奇异，鲁红典，张全争，张凌云，秦广超，田长安，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34