一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用，属于半导体纳米材料技术领域。本发明专利技术以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb

Preparation and application of a conducting polymer / niobium pentoxide heterojunction

【技术实现步骤摘要】
一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用，属于半导体纳米材料

技术介绍
低维半导体纳米结构的紫外光探测器是纳米材料领域研究的热点和重点，是由于其具有优异的物理和化学性质、光电转化活性高等优势，而且其高比表面积和大大减小的有效导电通道尺寸，通常比传统的薄膜紫外光电探测器具有更高的光灵敏性、选择性和稳定性等优点，对紫外光具有良好的响应性，但存在光电流较小、高暗电流或者较低的响应速度等缺陷。另外，由于表面陷阱态导致在纳米材料表面存在载流子耗尽层，使信号恢复时间较长。五氧化二铌(Nb2O5)是n型半导体氧化物，禁带宽度为3.0～3.4eV,具有低毒性、导带和价带相差较大、良好的化学稳定性、热稳定性、较高的电子转移率以及高的光催化活性等优点，吸引了很多研究者们的关注，被广泛的应用到诸如气体传感、催化、电致变色等相关领域。基于单根Nb2O5纳米带和中空纳米球形貌结构的探测器已有报道，但是光电性能不理想逊色于ZnO、ZnS和SnO2等，所以Nb2O5作为紫外光探测器仍处于起步阶段，存在光电流小和恢复时间长的问题，急需新型异质结结构提高光电性能。肖特基势垒(Schottky)、pn结和异质结的光伏效应是解决以上问题的有效途径。目前，报道较多的是无机半导体异质结纳米结构如ZnO/ZnS纳米带、ZnO/ZnSe壳核结构纳米线阵列、GaP/ZnS同轴纳米线和ZnO-Ga2O3核壳结构微米线等，均为n-n型异质结，这是由于无机半导体材料的p型掺杂还相对困难，满足能带匹配的要求构成pn结且紫外光灵敏度高的p型无机半导体较少。有机半导体成为了无机半导体强有力的替代者，其中p型导电高分子(聚苯胺PANI，聚吡咯PPy和聚噻吩PEDOT/P3HT)受到研究者的青睐，主要依赖于其质轻、柔性、易合成、可大面积低成本制备等优点以及类似于金属或半导体的独特电子和光学性能。如PANI/MgZnO、PANI/TiO2的pn结型全固态自驱动日盲紫外探测器以及导电高分子/Se微米管的异质结基自驱动紫外-可见光电探测器，证明可以用于构筑有机/无机半导体异质结，实现自驱动和高性能的紫外光探测器。但是，采用通常直接混合或者中性溶液中制备导电高分子异质结，导致其丧失导电性甚至吸收峰的位置改变影响本质能级结构，进而无法能级匹配来保证异质结质量以及器件性能。
技术实现思路
为了解决本专利技术所要解决的技术问题，本专利技术以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb2O5纳米棒阵列，采用原位聚合的方法制备核壳型导电高分子/Nb2O5异质结阵列，通过质子酸掺杂调控导电高分子的能带，获得更高质量的异质结型光电探测器。本专利技术的第一个目的是提供一种导电高分子/Nb2O5异质结的制备方法，所述方法是以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb2O5纳米棒阵列；然后采用原位聚合的方法制备导电高分子/Nb2O5异质结；所述原位聚合是在质子酸溶液体系中进行的。其中，质子酸作为H+掺杂调控导电高分子的能带，以获得更高质量的异质结型光电探测器。在本专利技术一种实施方式中，所述导电高分子为聚苯胺、聚吡咯或者聚噻吩。在本专利技术一种实施方式中，所述质子酸为没食子酸、单宁酸、柠檬酸、樟脑磺酸中的一种。在本专利技术一种实施方式中，所述质子酸浓度为0.05mol/L-1.5mol/L。在本专利技术一种实施方式中，采用水热法制备Nb2O5纳米棒阵列的方法是：将清洗后铌箔放入过氧化氢溶液中，然后加入0.5-2g矿化剂，充分混合，放入水热釜中100-200℃保持10-24h，后自然冷却至室温，在铌箔表面获得Nb2O5纳米棒阵列。在本专利技术一种实施方式中，过氧化氢溶液中过氧化氢和去离子水的体积比为(1-2)：1，所述矿化剂为NH4F。在本专利技术一种实施方式中，采用原位聚合方法制备导电高分子/Nb2O5异质结是：将导电单体加入质子酸溶液中搅拌5-15min以确保充分分散，加入生长有Nb2O5纳米棒阵列的铌箔，静置1-4h，混合液温度保持在-4～0℃；加入过硫酸铵(APS)加入质子酸溶液中，反应20～30h，反应完成后的样品多次用去离子水清洗后真空烘箱80℃干燥12h，所以在铌箔上得到聚苯胺/Nb2O5的异质结阵列。在本专利技术一种实施方式中，所述单体为苯胺、吡咯或者噻吩；所述单体与过硫酸铵的摩尔比为(0.25-4):1。本专利技术的第二个目的是提供一种上述制备方法制备得到的导电高分子/五氧化二铌纳米棒异质结。本专利技术的第三个目的是提供一种上述导电高分子/五氧化二铌纳米棒异质结在光电探测器中的应用。本专利技术的有益效果：纳米棒异质结生长过程中采用通常直接混合或者中性溶液中制备导电高分子异质结，导致其丧失导电性甚至吸收峰的位置改变影响本质能级结构，进而无法能级匹配来保证异质结质量以及器件性能。本专利技术原位聚合有机/无极异质结纳米结构，改变导电高分子单体和调整质子酸参数，能够实现高内建电场的异质结的制备。附图说明图1为实例1制备的Nb2O5纳米棒阵列的扫描电镜图片；左边为低倍SEM图，右边为高倍SEM图。图2为实例1制备的聚苯胺/Nb2O5纳米棒异质结阵列的扫描电镜图片。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本专利技术，不用于限制本专利技术。光电性能测试方法：通过磁控溅射方法将Ti/Au镀膜于聚苯胺/Nb2O5异质结的掩膜版，作为上层电极，掩膜版的叉指长10mm宽390mm，得到两Ti/Au电极间距离2mm左右。器件的电流-电压(I-V)和电流-时间(I-t)特性测试采用双探针法。实施例1：制备PANI/Nb2O5异质结纳米棒采用水热法生长高质量的Nb2O5纳米棒阵列，具体参数条件是：依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗的铌箔，其规格为2×2cm，厚度0.25mm，放入过氧化氢和去离子水比例为1：0.5的混合液中，然后加入0.5的NH4F作为矿化剂，充分混合，放入水热釜中100-200℃保持12h，后自然冷却至室温，在铌箔表面获得Nb2O5纳米棒阵列，如图1所示。采用原位聚合生长纳米厚度的聚苯胺壳层，具体生长条件是：适量苯胺单体(AN)加入质子酸溶液中搅拌10min以确保充分分散，生长有Nb2O5纳米棒阵列的铌箔加入以上溶液充分静置2h，混合液温度保持在0℃。适量的过硫酸铵(APS)加入0.5M没食子酸溶液中，搅拌5min。AN:APS的摩尔比为2:1。聚合反应温度在0℃，反应时间为24h，反应完成后的样品多次用去离子水清洗后真空烘箱80℃干燥12h，所以在铌箔上得到PANI/Nb2O5的异质结阵列。如图2所示，PANI均匀的包裹着Nb2O5纳米棒，形成核壳结构。制作异质结器件，波长320nm的激光照射电压为0V时光电流达到60pA，上升时间15s和恢复时间9s。实施例2：制备PPy/Nb2O5异质结纳米棒采用水热法生长高质量的Nb2O5纳米棒阵列，具体参数条件是：依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法，其特征在于，所述方法是以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb

【技术特征摘要】
1.一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法，其特征在于，所述方法是以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb2O5纳米棒阵列；然后采用原位聚合的方法制备导电高分子/Nb2O5异质结；所述原位聚合是在质子酸溶液体系中进行的。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电高分子为聚苯胺、聚吡咯或者聚噻吩。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述质子酸为没食子酸、单宁酸、柠檬酸、樟脑磺酸中的一种。


4.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，所述质子酸浓度为0.05mol/L-1.5mol/L。


5.根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，采用水热法制备Nb2O5纳米棒阵列具体是：将清洗后的铌箔放入过氧化氢溶液中，然后加入矿化剂，充分混合，放入水热釜中100-200℃保持10-24h，后冷却至室温，在铌箔表面获...

【专利技术属性】
技术研发人员：于平平，王群亮，姜岩峰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32