光催化装置制造方法及图纸

本申请提供了一种光催化装置，属于光学技术领域。其中，该光催化装置包括金属超表面和二维材料层；其中，所述金属超表面和所述二维材料层自下到上堆叠形成异质结；所述金属超表面的表面具有纳米沟壑；所述二维材料层包括至少一层二维过渡金属硫族化合物。本申请实施例光催化装置，利用二维材料层比表面积大，能带结构适中的特性扩大了光催化装置的可吸收光谱范围。同时将金属超表面与二维材料层形成异质结，利用金属超表面的等离激元效应增加了二维材料层对光子的吸收能力，从而增强了该光催化装置的催化性能。化装置的催化性能。化装置的催化性能。

【技术实现步骤摘要】
光催化装置


[0001]本申请涉及光学
，具体而言，涉及一种光催化装置。

技术介绍

[0002]工业的快速发展和人口的增长引发了能源短缺和环境污染的全球性危机。可持续发展需要发展清洁能源，并避免随之带来的环境问题。太阳能是公认的可再生清洁能源，可以满足人类当前和未来的能源需求。半导体光催化技术可以有效利用太阳能同时进行能源转换和环境净化，是极有潜力的太阳能开发技术之一。根据近些年的研究报道，光催化能源转换主要包括析氢、CO2还原、固氮、有机合成等。此外，光催化环境净化主要集中在空气净化(NOx和VOCs等转化)和废水净化(有机污染物降解)。开发与制备性能优异的光催化剂是实现光催化技术走向应用的关键。
[0003]目前，各国研究者已经开发了数百种半导体光催化材料，利用半导体或金属氧化物在光的照射下被能量大于或等于能带宽度的光子所激发，产生具有一定能量的电子和空穴，这些电子和空穴在半导体或金属氧化物颗粒内部以及界面之间的转移或失活。当这些电子和空穴到达半导体或金属氧化物的表面与其表面吸附的物质发生氧化还原反应，从而完成对污染物的降解。
[0004]在实现本申请的过程中，专利技术人发现相关技术中至少存在如下问题：
[0005]现有技术中采用的半导体无法吸收能量比禁带能量小的可见光，对阳光的利用率低，只有4％左右。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，为解决现有技术中半导体阳光利用率低的技术问题，本申请实施例提供了一种光催化装置。
[0007]本申请实施例提供的一种光催化装置包括金属超表面和二维材料层；
[0008]其中，所述金属超表面和所述二维材料层自下到上堆叠形成异质结；
[0009]所述金属超表面的表面具有纳米沟壑；
[0010]所述二维材料层包括至少一层二维过渡金属硫族化合物。
[0011]可选地，所述二维材料层包括单层二维过渡金属硫族化合物。
[0012]可选地，所述二维材料层包括两种或两种以上二维过渡金属硫族化合物堆叠形成的异质结。
[0013]可选地，所述二维材料层包括两种不同的二维过渡金属硫族化合物堆叠而成的异质结。
[0014]可选地，所述纳米沟壑的排列周期大于或等于10nm，并且小于或等于200nm。
[0015]可选地，所述纳米沟壑的宽度大于或等于3nm，并且小于或等于10nm。
[0016]可选地，所述纳米沟壑的深度大于或等于5nm，并且小于或等于30nm。
[0017]可选地，所述纳米沟壑的形状包括条状沟壑和网状沟壑。
[0018]可选地，所述网状沟壑的形状包括多边形、扇形和圆形中的一种或多种。
[0019]可选地，所述纳米沟壑为离散的沟壑。
[0020]可选地，所述纳米沟壑为相互连接的沟壑。
[0021]本申请实施例提供的光催化装置，至少取得了以下有益效果：
[0022]本申请实施例提供了一种光催化装置，利用二维材料层比表面积大，能带结构适中的特性扩大了光催化装置的可吸收光谱范围。同时将金属超表面与二维材料层形成异质结，利用金属超表面的等离激元效应增加了二维材料层对光子的吸收能力，从而增强了该光催化装置的催化性能。本申请实施例还利用金属超表面对光子的散射增加了二维材料吸收光子的路径，进一步增强了该光催化装置的催化性能。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例或
技术介绍
中的技术方案，下面将对本申请实施例或
技术介绍
中所需要使用的附图进行说明。
[0024]图1示出了本申请实施例所提供的光催化装置的可选的结构示意图；
[0025]图2示出了本申请实施例所提供的纳米沟壑的可选的结构示意图；
[0026]图3示出了本申请实施例所提供的纳米沟壑的又一种可选的结构示意图；
[0027]图4示出了本申请实施例所提供的光催化装置的又一种可选的结构示意图。
[0028]图中附图标记分别表示：
[0029]100
‑
金属超表面；101
‑
纳米沟壑；
[0030]200
‑
二维材料层。
具体实施方式
[0031]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
[0032]需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]光催化反应主要包括以下四个步骤：(1)光的捕获和吸收；(2)光生载流子(电子
‑
空穴对)的产生；(3)载流子的分离和迁移；(4)利用电子或空穴进行还原或氧化反应。理想的光催化材料需要满足如下几个关键的要素：太阳能利用率高、能带结构适中、低成本、光催化活性高且稳定。
[0035]现有技术中有一种利用MoS2/Al2O3/Au/Al2O3/Al复合结构提高光催化性能的装置，该装置结构复杂，且制备成本高，无法大规模应用。现有技术还有一种基于金属
‑
半导体
‑
金属纳米结构的光催化装置，该装置能够提高热载流子的浓度从而提高光催化性能。然而该
装置的结构复杂，且选用的半导体为TiO2或Al2O3，能吸收的最长光波长只有390nm，只能吸收紫外光，紫外光只占太阳能中的5％。因此，该装置的结构复杂且光能利用率低，不利于推广应用。
[0036]图1示出了本申请实施例所提供的一种光催化装置。如图1所示，该光催化装置包括金属超表面100和二维材料层200。其中，金属超表面100和二维材料层200自下到上堆叠形成异质结。金属超表面100表面具有纳米沟壑101。二维材料层200包括至少一层二维过渡金属硫族化合物。
[0037]具体而言，二维材料是指由单层或少数层原子或者分子层组成的材料，层内由较强的共价键或离子键连接，而层间则由作用力较弱的范德瓦耳斯力结合。超表面是一层亚波长的人工纳米结构膜，可根据其上的纳米结构来调制入射光的相位、幅度和偏振等特性。当二维过渡金属硫族化合物从多层转变成单层时，其能带结构也发生了变化，由间接带隙转变成直接带隙，并且发生了谷间自旋耦合。
[0038]二维材料层200中的二维过渡金属硫族化合物相比三维材料具有超高比表面积，带隙在1eV到2.5eV之间，能带结构适中，对应的可吸收的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化装置，其特征在于，所述光催化装置包括金属超表面(100)和二维材料层(200)；其中，所述金属超表面(100)和所述二维材料层(200)自下到上堆叠形成异质结；所述金属超表面(100)的表面具有纳米沟壑(101)；所述二维材料层(200)包括至少一层二维过渡金属硫族化合物。2.如权利要求1所述的光催化装置，其特征在于，所述二维材料层(200)包括单层二维过渡金属硫族化合物。3.如权利要求1所述的光催化装置，其特征在于，所述二维材料层(200)包括两种或两种以上二维过渡金属硫族化合物堆叠形成的异质结。4.如权利要求3所述的光催化装置，其特征在于，所述二维材料层(200)包括两种不同的二维过渡金属硫族化合物堆叠而成的异质结。5.如权利要求1所述的光催化装置，其特征在于，所述纳米沟壑(101)的排列周期大于或等于10nm，并且小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞，朱健，郝成龙，谭凤泽，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：