一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料及其制备方法，其由Bi

【技术实现步骤摘要】
一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电化学(PEC)转换系统能够有效地利用太阳能制备清洁能源，有利于缓解能源与环境危机并改善生活环境。然而，现有光电极材料过低的能量转换效率阻碍了PEC转换系统的商业应用。
[0003]迄今为止，大多数用作光电极的半导体都具有较宽的光学带隙，因此其无法有效地利用红外光(λ>700nm)。然而，红外光却占据了太阳能的大部分能量。此外，这些半导体的光生电荷复合和低的表面氧化还原反应动力学也不利于高效人工光合作用过程的实现。
[0004]等离子体诱导的光电催化为突破上述光电极的局限性提供了具有前瞻性的解决方案。除了通过表面等离子共振(SPR)吸收拓宽光电极的光谱吸收范围外，SPR效应还可以有效增强光电极的光吸收能力。同时，SPR效应所产生的局域电磁场增强(LEMF)和光热效应也可以有力的改善电荷转移和表面氧化还原反应的动力学。此外，通过将等离子体金属与半导体耦合，能够产生肖特基势垒，促进光生载流子的分离，从而延长其寿命。目前，大多数等离子体金属/半导体纳米结构主要采用贵金属(Au、Ag等)与半导体材料复合，如Ag/TiO2、Au/CdSe等。尽管可以通过改变金属颗粒的形貌和尺寸来调整SPR共振峰的位置，并以此来扩展材料的光谱吸收范围，但其扩展范围非常有限。此外，SPR效应在空间分布上是局域化的，因此其产生的局域电磁场增强和光热效应在空间分布上也是不均匀的。它们在等离子体金属表面处的作用最强，且其强度随着距离的变化而迅速衰减。这种局域性限制了SPR效应对光电极性能增强的影响。
[0005]因此，如何设计一种能够克服上述问题并最大限度地发挥SPR效应的金属/半导体光电催化系统，对于实现高效稳定的太阳能
‑
燃料转换具有至关重要的意义。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料及其制备方法，该光阳极材料能够实现对对表面等离子体共振效应的高效利用，从而提高光电化学过程的能量转换效率。
[0007]本专利技术提供了一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料，其特征在于，具有Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构；其中，x≥0；0<y<1。
[0008]在本专利技术中，所述Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构由Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线溶剂热合成制得。
[0009]在本专利技术中，所述Bi
x
与Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2的物质的量比为0～2。
[0010]基于光阳极能量转换效率低的问题，本申请提供了一种近红外活性周期性等离子
体异质结光阳极材料，该光阳极材料通过调节所加入等离子体金属前驱物的量，精确地调节Bi纳米颗粒的尺寸和分布周期性，进而实现了对表面等离子体共振效应的高效利用，提高了光电化学过程的能量转换效率。所述光阳极材料的Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构由Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线通过进一步溶剂热合成获得，所述Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构中Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2与Bi
x
的物质的量比可以取任意值。
[0011]本专利技术提供了一种上述技术方案所述近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将Te
m
Se
n
@Se1‑
m
‑
n
纳米线分散于含有铋源和还原剂的溶液中，通过水热反应得到Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线；0<m<1；0<n<1；0<m+n<1；0<y<1；
[0013]将Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线分散于含有铋源和还原剂的溶液中，通过溶剂热反应得到Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构；x≥0。
[0014]在上述Te
m
Se
n
@Se1‑
m
‑
n
纳米线中，m大于零且小于1，n值代表了核壳结构的纳米线中与Te元素形成合金相的Se元素的量，虽然无法具体确定数值，但是其值大于零且小于1。在本专利技术中，所述铋源选自铋盐，更优选自氯化铋、硝酸铋、氧化铋与乙酸铋中的一种或多种；所述还原剂选自水合肼、抗坏血酸与硼氢化钠中的一种或多种。所述Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线中y大于0且小于1，具体地，所述y选自0.33、0.20、0.14、0.11、0.08、或0.06；具体实施例中，所述y的取值为0.20。
[0015]在本专利技术中，所述水热反应的温度为140～180℃，优选为160～180℃，更优选为160℃；升温至水热反应所需温度的升温速率为5～10℃/min，优选为8～10℃/min，更优选为9℃/min；升温所需的时间为6～18h，优选为10～12h，更优选为12h。
[0016]水热反应结束后，冷却。所述冷却的方式为本领域技术人员熟知的冷却方式，并无特殊限制；具体实施例中，采用自然冷却；冷却后优选离心、洗涤得到Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线；所述洗涤优选采用己烷与乙醇进行洗涤。
[0017]本申请然后在Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线表面负载Bi纳米颗粒，得到Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构；所述Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构的合成方法优选为溶剂热合成法，具体为：
[0018]将Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线与铋源和还原剂在水和醇类溶剂中混合加热，得到Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料，其特征在于，具有Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构；其中，x≥0；0&lt;y&lt;1。2.根据权利要求1所述的近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料，其特征在于，所述Bi
x
/Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2周期性异质纳米结构由Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线溶剂热合成制得。3.根据权利要求1所述的近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料，其特征在于，所述Bi
x
与Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2的物质的量比为0～2。4.一种权利要求1～3任一项所述近红外活性周期性等离子体异质结光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：将Te
m
Se
n
@Se1‑
m
‑
n
纳米线分散于含有铋源和还原剂的溶液中，通过水热反应得到Bi3(Se1‑
y
Te
y
)2纳米线；0&lt;m&lt;1；0&lt;n&lt;1；0&lt;m+n&...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，刘国强，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：