一种半导体光敏感复合材料及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术提供了一种半导体复合材料，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C3N4‑

【技术实现步骤摘要】
一种半导体光敏感复合材料及其制备方法以及应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种半导体复合材料及其制备方法以及应用。

技术介绍

[0002]从上世纪开始，由于人们广泛的利用矿物燃烧来发电，工业化的快速发展和人口膨胀，导致了能源短缺、生态破坏和环境污染3个全球性问题，目前人们迫切的需要一种可再生、无污染、普遍性的能源。如何对太阳能进行有效的利用逐渐成为科研人员的研究热点。目前，普遍生产太阳能电池的技术中所需要的材料主要有硅、非晶体硅、硫化镉、铜铟硒、碲化镉、砷化镓等。纳米级的TiO2在能源、环境、化学传感器等领域有着很大的应用前景。这跟它具有高的光电转换效率、高的催化活性、持久的耐光腐蚀性。而TiO2纳米管阵列(TNTAs)的结构有序、比表面积高和尺寸可调控。使其表达出的光催化性能和光电转化效率都很高。可是TiO2的禁带较宽，对可见光的吸收有限，这就影响了其在光催化领域的应用。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种半导体复合材料及其制备方法以及应用，本专利技术提供半导体复合材料，对TiO2禁带宽度进行调节，使光电响显著提高。
[0004]本专利技术提供了一种半导体复合材料，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C3N4‑
CdS复合材料层。
[0005]优选的，所述TiN、C3N4和CdS的质量比为1:1：(0.01～0.03)。
[0006]优选的，在所述C3N4‑
CdS复合材料层表面还复合有硫化锌钝化层。
[0007]本专利技术还提供了一种上述半导体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]A)将TiN纳米管阵列基底置于胺类前驱体水溶液中浸泡后置于氮气气氛中退火，在TiN纳米管阵列基底表面形成一层C3N4薄膜；
[0009]B)通过SILAR法将硫化镉量子点沉积C3N4薄膜表面，得到半导体复合材料。
[0010]优选的，所述TiN纳米管阵列基底的制备方法为：
[0011]1)将清洗干净的钛片作为工作电极夹到钛丝上，不锈钢片为对电极夹到铜丝上，氟化铵的乙二醇水溶液为电解液，使用可编程直流电源阳极氧化钛片后进行退火，得到TiO2纳米管阵列；
[0012]2)将所述TiO2纳米管阵列置于氨气气氛中进行梯度式升温退火处理，得到TiN纳米管阵列基底。
[0013]优选的，步骤1)中，所述阳极氧化的电压为60～65V，阳极氧化的时间为30～45min，温度为27～28℃；
[0014]步骤1)中，所述退火的温度为400～450℃，退火的时间为3～5h；
[0015]步骤2)中，所述梯度式升温退火处理的升温程序为：
[0016]第一阶段：由室温升到600℃保温1～2h；
[0017]第二阶段：600℃升到800℃保温2～3h。
[0018]优选的，步骤A)中，所述胺类前驱体水溶液选自单氰胺水溶液、双氰胺水溶液或三聚氰胺水溶液；
[0019]所述退火的温度为550～650℃，保温时间为2.5～3h。
[0020]优选的，步骤B)中，所述通过SILAR法将硫化镉量子点沉积C3N4薄膜表面的方法为：
[0021]将复有C3N4薄膜的TiN纳米管阵列基底置于硝酸镉乙醇溶液中进行浸泡，取出清洗后再置于硫化钠甲醇溶液中浸泡，得到半导体复合材料。
[0022]优选的，还包括步骤C)：将所述半导体复合材料依次置于硫化钠甲醇溶液和硝酸锌水溶液中浸泡，得到复合有硫化锌钝化层的半导体复合材料。
[0023]本专利技术还提供了一种上述半导体复合材料在太阳能电池中的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术提供了一种半导体复合材料，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C3N4‑
CdS复合材料层。本专利技术向TiO2上掺杂C3N4和CdS，从而加强其光催化的能力。当光源照射到半导体材料时，半导体材料受到的光子能量大过半导体的禁带宽度的光照时，价带中的电子就会被光激发而跃迁到导带上，产生了电子
‑
空穴对。这一过程就被称作半导体光催化。单个半导体材料作为电极有着空穴
‑
电子易复合的缺陷，这就引起人们对半导体复合材料的研究。因为半导体复合材料的电子和空穴是分开的，这就大大减少了电子和空穴的复合。可以将低密度的太阳能转换成高密度的化学能。通过测样发现TiN
‑
C3N4‑
CdS的半导体复合材料,比传统的TiO2材料的光电响应提高了5倍以上。
附图说明
[0025]图1为半导体复合材料的SEM图谱；
[0026]图2为制备产物的XRD图谱；
[0027]图3为制备产物的拉曼光谱图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种半导体复合材料，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C3N4‑
CdS复合材料层。
[0029]在本专利技术中，所述TiN、C3N4和CdS的质量比为1:1：(0.01～0.03)。
[0030]在本专利技术的一些具体实施方式中，在所述C3N4‑
CdS复合材料层表面还复合有硫化锌钝化层。
[0031]本专利技术还提供了一种半导体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]A)将TiN纳米管阵列基底置于胺类前驱体水溶液中浸泡后置于氮气气氛中退火，在TiN纳米管阵列基底表面形成一层C3N4薄膜；
[0033]B)通过SILAR法将硫化镉量子点沉积C3N4薄膜表面，得到半导体复合材料。
[0034]本专利技术首先制备TiN纳米管阵列基底，制备方法为：
[0035]1)将清洗干净的钛片作为工作电极夹到钛丝上，不锈钢片为对电极夹到铜丝上，氟化铵的乙二醇水溶液为电解液，使用可编程直流电源阳极氧化钛片后进行退火，得到TiO2纳米管阵列；
[0036]2)将所述TiO2纳米管阵列置于氨气气氛中进行梯度式升温退火处理，得到TiN纳
米管阵列基底。
[0037]其中，本专利技术对所述清洗方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的清洗方法即可。在本专利技术中，优选按照如下方法进行钛片的清洗。
[0038]本专利技术将钛片放入抛光液中进行40～50S的化学抛光，取出后置于100～150ml的丙酮中进行超声清洗15～20min，然后倒出丙酮溶液，加入100～150ml的无水乙醇，超声清洗15～20min后，倒出无水乙醇溶液，再加入去离子水(DI水)，超声清洗15～20min，取出后吹干备用。其中，抛光液为体积比为1：4：5的HF、HNO3和DI水的混合液。
[0039]在本专利技术中，所述钛片优选为0.5
‑
1mm厚、1.5
‑
2.5mm宽、3
‑
4mm长的钛片。
[0040]然后，将清洗干净的钛片作为工作电极夹到钛丝上，不锈钢片为对电极夹到铜丝上，氟化铵的乙二醇水溶液为电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体复合材料，其特征在于，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C3N4‑
CdS复合材料层。2.根据权利要求1所述的半导体复合材料，其特征在于，所述TiN、C3N4和CdS的质量比为1:1：(0.01～0.03)。3.根据权利要求1所述的半导体复合材料，其特征在于，在所述C3N4‑
CdS复合材料层表面还复合有硫化锌钝化层。4.一种如权利要求1～3任意一项所述的半导体复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将TiN纳米管阵列基底置于胺类前驱体水溶液中浸泡后置于氮气气氛中退火，在TiN纳米管阵列基底表面形成一层C3N4薄膜；B)通过SILAR法将硫化镉量子点沉积C3N4薄膜表面，得到半导体复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述TiN纳米管阵列基底的制备方法为：1)将清洗干净的钛片作为工作电极夹到钛丝上，不锈钢片为对电极夹到铜丝上，氟化铵的乙二醇水溶液为电解液，使用可编程直流电源阳极氧化钛片后进行退火，得到TiO2纳米管阵列；2)将所述TiO2纳米管阵列置于氨气气氛中进行梯度式升温退火处理，得到TiN纳米管阵列基底。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：林正玺，林仕伟，艾长智，
申请(专利权)人：海南聚能科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：