一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法技术

发明专利技术涉及半导体复合材料技术领域，特别涉及一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法。其步骤包括：将平面导电材准备；在非离子型高分子化合物中加入无水乙醇，搅拌，溶液中通氧10‑20分钟；溶液中加入金属氯化物，搅拌溶解；加入贵金属化合物溶液和非离子型表面活性剂，搅拌并缓慢加入碱性溶剂和水，形成溶胶；制备好的溶胶滴平面导电材料上，旋涂，使其表面覆盖；然后300‑600℃煅烧1‑3小时，冷却、水洗、吹干即可。该表现出极好的表面性质，薄膜均匀致密且稳定性良好，便于进行下一步材料的组装。

A preparation method of noble metal doped semiconductor composite

【技术实现步骤摘要】
一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法
本专利技术涉及半导体复合材料
，特别涉及一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法。
技术介绍
纳米半导体薄膜不但具有优良的光电化学性质，还具有较大的比表面积、低毒性、低成本和便于加工制备的特性，已经广泛应用于太阳能电池、光电化学检测、气敏传感器和生物化学传感器等领域。制备半导体材料的方法有很多种，包括水热法、静电纺丝法、旋涂法、连续离子层吸附法等。贵金属修饰半导体的方法也有很多种，包括溅射法、浸泡法、电化学沉积法等。上述方法都具有各自的优势，但是也都具有各自的局限性。比如静电纺丝法虽然简单易操作，但难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维，且纤维强度低使电极材料信号不稳定。溅射法虽然能制备较为稳定的薄膜，但是需要真空操作，制备过程较为复杂。由于工业大规模生产的需要，简单、适用于工业生产的贵金属掺杂的半导体薄膜制备方法变得尤为重要。传统的制备贵金属修饰的半导体材料的制备方法，都要采用两步处理过程，先合成半导体，再修饰上贵金属材料，以使制备的贵金属敏化半导体薄膜材料具有更优异的光电性能。但是，两种材料的直接结合，膜内颗粒之间的接触电阻很大，不利于电子转移，从而影响光电流信号，掺杂能促进颗粒之间的接触以降低接触电阻，而且现有技术不适合大规模工业生产的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，采用一步法，制备工艺简单，成本低廉，设备简单，而且制备获得的半导体薄膜材料表现出极好的表面性质，薄膜均匀致密且稳定性良好，便于进行下一步材料的组装。本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，其步骤包括：(1)将平面导电材料清洗、烘干；优选的，所述平面导电材料为氧化铟锡玻璃电极。(2)在非离子型高分子化合物中加入无水乙醇，搅拌，溶液中通氧10-20分钟；优选的，所述非离子型高分子化合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或甲基纤维素中任一种。进一步优选的，所述非离子型高分子化合物为聚乙烯吡咯烷酮。(3)、在步骤(2)中的溶液中加入金属氯化物，搅拌溶解；加入贵金属化合物溶液和非离子型表面活性剂，搅拌并缓慢加入碱性溶剂和水，形成溶胶；所述步骤(3)中的金属氯化物、贵金属化合物、非离子型表面活性剂的加入量配比为1g：0.3-0.5mL：0.1-0.3mL；所述贵金属化合物的质量浓度为0.5-1.5％。该配比范围下的光电流信号显著增强，可达到400-500nA。优选的，所述碱性溶剂为NaOH溶液，浓度为1mol/L，金属氯化物与NaOH的加入量配比为1g：0.5-0.8mL。优选的，所述步骤(3)中金属氯化物为氯化亚锡、氯化锌、氯化亚铜或二氯化钛中的任一种。优选的，所述步骤(3)中贵金属化合物为氯金酸、氯铂酸或氯钯酸中的任一种。将步骤(3)中的溶胶滴在步骤(1)中的平面导电材料上，旋涂，使其表面覆盖；优选的，所述溶胶的旋涂比为3-10uL/cm2。该旋涂体积下形成的导电材料厚度较为合适，光电相应较高。将步骤(4)中的平面导电材料300-600℃煅烧1-3小时，冷却、水洗、吹干即可。优选的，所述步骤(4)中，平面导电材料450℃煅烧2小时，冷却至室温、摇床去离子水洗2-4分钟、氮气吹干。选择此温度下所制备的材料的表面形貌。否则，温度低时表面较为粗糙和疏松，温度高时表面较为光滑和密实。选择此煅烧时间用来控制材料的形成过程。否则，过短则不能形成稳固的薄膜，过长则降低了制备薄膜的效率。一种贵金属掺杂的半导体复合材料，通过上述方法制备获得。本专利技术中主要是利用氧化还原化学合成的手段，在平面导体材料上制备贵金属掺杂的纳米金属氧化物半导体薄膜材料。利用此方法制备的材料，均匀致密且具有稳定的光电性能，能够应用于敏化太阳能电池的制备、有机污染物的光催化降解和光电化学分析等领域，具有极大的利用价值和潜在用途。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术制备半导体复合材料采用一步合成的方法，制备工艺简单，成本低廉，设备简单；2、本专利技术制备的半导体复合材料表现出极好的表面性质，薄膜均匀致密且稳定性良好，便于进行下一步材料的组装，如敏化太阳能电池中的染料分子，光电分析中的生物分子脱氧核糖核酸和蛋白质分子等，以及便于光催化降解中污染物分子的吸附等。附图说明图1是实施例1中的合成电极的扫描电镜图，其中A、B分别为SnO2材料的不同放大倍数图；C、D分别为SnO2@Au材料的不同放大倍数图。图2是实施例1中的光电流信号的检测结果图。图3是实施例2中的光电流信号的检测结果图。图4是实施例3中的光电流信号的检测结果图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步说明：实施例11)、电极准备：取5cm*5cm氧化铟锡玻璃电极，分别用清洁剂、丙酮、异丙醇超声10分钟之后，再用去离子水超声清洗10分钟，烘箱干燥备用。2)、称量0.06g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)于25mL的圆底烧瓶中，加入6mL无水乙醇，于磁力搅拌器上搅拌10min，保证PVP充分溶解。将氧气管通入到溶液底部，保持15min。3)、在溶液中加入1.0g氯化亚锡固体粉末，用橡胶塞塞住圆底烧瓶所有瓶口，然后在顶部瓶口的橡胶塞子上插上一枚空针头和一个氧气球做保护，气球所带的针尖插入溶液液面之下，保持鼓泡。持续搅拌5min，加入0.4mL1％氯金酸和0.2mL表面活性剂TritonX-100，持续搅拌5min后通过顶端的针头缓慢滴加0.6mL1.0M的NaOH，接着搅拌5min，然后匀速加入2.5mL水，之后保持搅拌3h。4)、取上述溶胶70uL，滴在面积为5cm*5cm的氧化铟锡玻璃片上，用玻璃棒刮均匀后，匀胶机旋涂。待溶胶风干后，放入马弗炉中煅烧于450℃，煅烧2h后，冷却至室温取出。将制备好的电极切成固定大小，放入摇床中用去离子水洗3min，氮气吹干。图1是本实施例中的合成电极的扫描电镜图，其中A、B分别为SnO2材料的不同放大倍数图；C、D分别为SnO2@Au材料的不同放大倍数图。利用光电化学检测其光电性能的好坏，具体检测条件为：以该玻璃电极为工作电极，10mM的PB作为电解液，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。所得到的光电流信号强度作为评价该电极光电性能好坏的指标。具体的测试结果如图2所示。实施例21)、电极准备：同实施例1的步骤1)。2)称量0.06g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)于25mL的圆底烧瓶中，加入6mL无水乙醇，于磁力搅拌器上搅拌10min，保证PVP充分溶解。将氧气管通入到溶液底部，保持15min。3)在溶液中加入加入1.0g氯化锰固体粉末，用橡胶塞塞住圆底烧瓶所有瓶口，然后在顶部瓶口的橡胶塞子上插上一枚空针头和一个氧气球做保护，气球所带的针尖插入溶液液面之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，其步骤包括：/n(1)将平面导电材料清洗、烘干；/n(2)在非离子型高分子化合物中加入无水乙醇，搅拌，溶液中通氧10-20分钟；/n(3)、在步骤(2)中的溶液中加入金属氯化物，搅拌溶解；加入贵金属化合物溶液和非离子型表面活性剂，搅拌并缓慢加入碱性溶剂和水，形成溶胶；/n(4)、将步骤(3)中的溶胶滴在步骤(1)中的平面导电材料上，旋涂，使其表面覆盖；/n(5)、将步骤(4)中的平面导电材料300-600℃煅烧1-3小时，冷却、水洗、吹干即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，其步骤包括：
(1)将平面导电材料清洗、烘干；
(2)在非离子型高分子化合物中加入无水乙醇，搅拌，溶液中通氧10-20分钟；
(3)、在步骤(2)中的溶液中加入金属氯化物，搅拌溶解；加入贵金属化合物溶液和非离子型表面活性剂，搅拌并缓慢加入碱性溶剂和水，形成溶胶；
(4)、将步骤(3)中的溶胶滴在步骤(1)中的平面导电材料上，旋涂，使其表面覆盖；
(5)、将步骤(4)中的平面导电材料300-600℃煅烧1-3小时，冷却、水洗、吹干即可。


2.根据权利要求1所述的贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的平面导电材料为氧化铟锡玻璃电极。


3.根据权利要求1所述的贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的非离子型高分子化合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或甲基纤维素中任一种。


4.根据权利要求1所述的贵金属掺杂的半导体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴一萍，罗晶，姚静静，李琪，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31