一种多界面磁性异质结的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多界面磁性异质结的制备方法，为利用原子层沉积技术制备多界面磁性异质结的方法。通过合理设计异质结中多界面，增加电荷载流子转移途径，解决光生电子—空穴对易复合技术难题，通过沉积磁性壳层光催化剂，解决水处理过程中催化剂难回收利用问题。随后，利用ALD技术在纳米核基底表面交替沉积A和B两种催化剂(至少一种具有磁性)，并经退火处理。制备的多界面磁性异质结，促进光生载流子的高效分离与转移，在外磁场作用下易于回收再利用，光催化活性显著增强，在150W可见光照30min，环丙沙星污染物溶液(初始浓度为15mg/L)去除率达90％以上。经5次循环催化降解，此多界面异质结仍表现出较高的催化稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种多界面磁性异质结的制备方法
本专利技术涉及一种利用原子层沉积技术制备多界面磁性异质结的方法。特别是一种多界面磁性异质结的制备方法。
技术介绍
近年来，一些新兴微污染物(如抗生素、农药、内分泌干扰物)在水体中频繁检出，对人类健康造成较大风险。光催化氧化技术被认为是一种绿色、环保、高效的水处理技术，受到学者们的广泛关注。高活性光催化剂的研发是提高光催化降解效率的前提和关键，目前光催化剂已从最初的单组分发展至双组分、多组分掺杂体，在可见光下的催化效率有了明显提升。传统的催化剂制备方法主要为水热法、浸渍法和烧结法，研究发现利用上述方法制备的复合催化剂存在组分分布不均、稳定性差、制备过程不可控的难题，极易形成电子-空穴的复合中心，已成为限制光催化效率进一步提高的主要瓶颈。原子层沉积(ALD)技术通过气体前驱体之间的交替脉冲反应，可在高纵横比的基底表面均匀沉积活化功能层，并在纳米尺度上精确控制其厚度，是一种高精度的催化剂制备技术。目前，ALD已经用于辅助构建单界面异质结，在可见光下的催化活性明显提高。Kim等借助ALD技术在g-C3N4表面沉积ZnS量子点、制备ZnS/g-C3N4II型异质结，对亚甲基蓝的光催化降解效率较g-C3N4提高了1.6倍(Appl.Surf.Sci.,2017,419,159-164)。Wang等通过ALD在TiO2纳米线表面均匀沉积Pt纳米颗粒，TiO2-Pt单界面异质结对罗丹明B的降解效率提高至沉积前的2.12倍(Nanotechnology,2015,26,254002)。然而，催化剂中仅存在的单界面对光生电子-空穴对的分离效率有待进一步提高，电荷载流子的转移路径相对单一，不利于活性物种的快速形成和光催化效率的提高。此外，已报道的多数ALD壳层光催化剂不容易回收再利用，再利用的成本较高。
技术实现思路
本专利技术利用ALD技术在纳米核基底表面交替沉积A和B两种组分，至少一种具有磁性，经退火处理获得磁性多界面异质结；具体制备步骤说明如下：1)、将纳米核基底材料分散于乙醇溶液中，制备悬浊液浓度范围为6-30g/L，将此悬浊液均匀滴在干净的玻璃器皿内，于低温小于等于60℃真空干燥箱内干燥处理；2)、将干燥后的纳米锰氧化物基底材料放入ALD腔体中，腔体压力设定为10-300Pa，腔体温度设定为150-400℃，前驱体加热温度设定为30-150℃，运输前驱体的管路温度设定为100-300℃；3)、将铁源或锡源前驱体脉冲至反应腔体，待铁源或锡源前驱体与基底样品充分发生化学吸附反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，将未吸附的铁源或锡源前驱体排出腔体；随后将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，待氧源前驱体和铁源或锡源前驱体充分反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，通过清洗将未反应的氧源前驱体和反应副产物排出腔体；4)、重复步骤3)1-10次，获得铁氧化物或锡氧化物沉积层；5)、将锡源或铁源前驱体脉冲至反应腔体，待锡源或铁源前驱体与基底样品充分发生化学吸附反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，将未吸附的锡源或铁源前驱体排出腔体；将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，待氧源前驱体和锡源或铁源前驱体充分反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，通过清洗将未反应的氧源前驱体和反应副产物排出腔体；6)、重复步骤5)1-10次，获得锡氧化物或铁氧化物沉积层；7)、以依次完成步骤4)和6)为1次沉积循环计算，重复步骤4)和6)10-1000次，即可获得具有核壳结构的多界面异质结。所述步骤3)中将铁源或锡源前驱体脉冲至反应腔体，脉冲和等待时间分别设定为20-80ms和10-20s。所述步骤3)中氧源前驱体脉冲至沉积腔体，脉冲和等待时间分别设定为20-80ms和10-20s。所述步骤5)中将锡源或铁源前驱体脉冲至反应腔体，脉冲和等待时间分别设定为20-80ms和10-20s。所述步骤5)中将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，脉冲和等待时间分别设定为20-80ms和10-20s。所述向反应腔体内通入氮气或氩气时间优选10-20s。所述纳米核基底材料优选为锰氧化物。所述金属源前驱体优选为铁源或锡源。本专利技术优点：一、本专利技术所述的多界面磁性异质结，利用原子层沉积技术精确设计不同组分构成的多界面，促进光生载流子的高效分离与转移。二、本专利技术通过沉积具有可调节磁性效应的异质结组分，制备的多界面异质结在外磁场作用下易于回收再利用。三、本专利技术制备的多界面磁性异质结光催化活性显著增强，在150W可见光照30min，环丙沙星污染物溶液(初始浓度为15mg/L)的去除率达90％以上。经5次循环催化降解，此多界面异质结仍表现出较高的催化稳定性。附图说明图1为多界面异质结的结构示意图；图2为具体实施例1多界面异质结的SEM图片；图3为实施例1多界面异质结光催化降解环丙沙星过程浓度变化；图4为实施例1多界面异质结循环催化降解环丙沙星的去除率变化。具体实施方式实施例1：本实施方式的一种多界面磁性异质结的制备方法通过以下步骤进行：1)、将Mn3O4纳米颗粒分散于乙醇溶液中，制备悬浊液浓度为6g/L，将此悬浊液均匀滴在干净的玻璃器皿内，于50℃真空干燥箱内干燥处理，得到分散均匀的Mn3O4纳米颗粒；2)、将干燥后的Mn3O4纳米颗粒放入ALD腔体中，腔体压力设定为60-300Pa，腔体温度设定为150℃，氧源前驱体温度设定为30℃，铁源前驱体温度设定为120℃，锡源前驱体温度设定为100℃，运输前驱体的管路温度设定为100℃；3)、将铁源前驱体脉冲20ms，进入ALD反应腔体，等待时间设定为10s，确保前驱体与基底样品之间充分发生化学吸附反应。随后向反应腔体内通入氮气清洗10s，将剩余的铁源前驱体排出腔体；将臭氧氧源前驱体脉冲20ms，进入ALD反应腔体，与吸附铁源前驱体达饱和的样品反应10s，随后再次向反应腔体内通入氮气清洗10s，将剩余的臭氧氧源前驱体以及反应副产物排出腔体，至此完成首层Fe2O3沉积；4)、重复步骤3)1次，可获得Fe2O3沉积层；5)、将锡源前驱体脉冲20ms，进入ALD反应腔体，等待时间设定为10s，确保前驱体与基底样品之间充分发生化学吸附反应。随后向反应腔体内通入氮气清洗10s，将剩余的锡源前驱体排出腔体；将去离子水氧源前驱体脉冲20ms，进入ALD反应腔体，与吸附锡源前驱体达饱和的样品反应10s，随后再次向反应腔体内通入氮气清洗10s，将剩余的去离子水氧源前驱体以及反应副产物排出腔体，至此完成首层SnO2沉积；6)、重复步骤5)1次，可获得SnO2沉积层；7)、以依次完成步骤4)和6)为1次沉积循环计算，重复步骤4)和6)500次，即可获得具有核壳结构的多界面异质结。本实施方式取得的有益效果如下：一、本实施方式获得的Mn3O4@Fe2O3/SnO2多界面异质结结构示意图如图1所示，可为电子、空穴提供更多的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多界面磁性异质结的制备方法，其特征包括如下步骤：/n1)、将纳米核基底材料分散于乙醇溶液中，制备悬浊液浓度范围为6-30g/L，将此悬浊液均匀滴在干净的玻璃器皿内，于小于等于60℃的真空干燥箱内干燥处理；/n2)、将干燥后的纳米锰氧化物基底材料放入ALD腔体中，腔体压力设定为10-300Pa，腔体温度设定为150-400℃，前驱体加热温度设定为30-150℃，运输前驱体的管路温度设定为100-300℃；/n3)、将铁源或锡源前驱体脉冲至反应腔体，待铁源或锡源前驱体与基底样品充分发生化学吸附反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，将未吸附的铁源或锡源前驱体排出腔体；随后将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，待氧源前驱体和铁源或锡源前驱体充分反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，通过清洗将未反应的氧源前驱体和反应副产物排出腔体；/n4)、重复步骤3)1-10次，获得铁氧化物或锡氧化物沉积层；/n5)、将锡源或铁源前驱体脉冲至反应腔体，待锡源或铁源前驱体与基底样品充分发生化学吸附反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，将未吸附的锡源或铁源前驱体排出腔体；将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，待氧源前驱体和锡源或铁源前驱体充分反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，通过清洗将未反应的氧源前驱体和反应副产物排出腔体；/n6)、重复步骤5)1-10次，获得锡氧化物或铁氧化物沉积层；/n7)、以依次完成步骤4)和6)为1次沉积循环计算，重复步骤4)和6)10-1000次，获得具有核壳结构的多界面异质结。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多界面磁性异质结的制备方法，其特征包括如下步骤：
1)、将纳米核基底材料分散于乙醇溶液中，制备悬浊液浓度范围为6-30g/L，将此悬浊液均匀滴在干净的玻璃器皿内，于小于等于60℃的真空干燥箱内干燥处理；
2)、将干燥后的纳米锰氧化物基底材料放入ALD腔体中，腔体压力设定为10-300Pa，腔体温度设定为150-400℃，前驱体加热温度设定为30-150℃，运输前驱体的管路温度设定为100-300℃；
3)、将铁源或锡源前驱体脉冲至反应腔体，待铁源或锡源前驱体与基底样品充分发生化学吸附反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，将未吸附的铁源或锡源前驱体排出腔体；随后将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，待氧源前驱体和铁源或锡源前驱体充分反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，通过清洗将未反应的氧源前驱体和反应副产物排出腔体；
4)、重复步骤3)1-10次，获得铁氧化物或锡氧化物沉积层；
5)、将锡源或铁源前驱体脉冲至反应腔体，待锡源或铁源前驱体与基底样品充分发生化学吸附反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，将未吸附的锡源或铁源前驱体排出腔体；将氧源前驱体脉冲至沉积腔体，待氧源前驱体和锡源或铁源前驱体充分反应后，向反应腔体内通入氮气或氩气，通过清洗将未反应的氧源前驱体和反应副产物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，陈冠益，李瑞，梁澜，余洋，颜蓓蓓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12