氮掺杂改性ＺｎＯ的制备方法技术

氮掺杂改性ＺｎＯ的制备方法，它涉及一种氮掺杂性ＺｎＯ的制备方法。本发明专利技术解决了现有的氮掺杂方法存在的氮掺杂含量低、可见光活性差、禁带宽度不容易控制、载流子浓度低的问题。方法：一、硝酸锌溶液和氨水混合至ｐＨ为７，离心；二、制备初步氮掺杂的ＺｎＯ；三、初步氮掺杂的ＺｎＯ置于高压反应器中反应，即得到氮掺杂改性ＺｎＯ。本发明专利技术方法得到的氮掺杂改性ＺｎＯ氮掺杂含量高，氮掺杂ＺｎＯ的载流子浓度高，同时，本发明专利技术氮掺杂改性ＺｎＯ的禁带宽度为３．２２８～３．３０２ｅＶ，本发明专利技术的方法有效的控制了禁带宽度，且本发明专利技术方法得到的氮掺杂ＺｎＯ对可见光电流转化率高，可见光活性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮掺杂ZnO的制备方法。
技术介绍
染料敏化太阳能电池近年来受到广泛的关注，逐渐成为研究的热点，用于染料敏 化太阳能电池的光阳极材料主要有TiO2, ZnO等，ZnO由于低廉的价格，快速的电子-空穴 分离率有望取代TiO2成为染料敏化太阳能电池的光阳极材料，ZnO是一种宽禁带半导体，对 光的吸收范围窄，只有能量大于或等于禁带宽度的紫外线才能激发ZnO产生光催化和光化 学反应，而紫外线仅占太阳自然光辐射的3% 5%左右，同时电子-空穴容易复合，载流子 产率低，直接影响光催化和光化学效果，因此，各种办法用来减小ZnO的禁带宽度并抑制电 子_空穴的复合，研究表明，非金属氮的掺杂能有效改善ZnO的本征半导体性质，非金属氮 替代ZnO晶格中的氧可以使ZnO的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，可以有效的拓 展ZnO的光谱响应范围，提高其对可见光的利用率，目前氮掺杂主要有以下几种方法高温 热处理法，磁控溅射法，脉冲激光沉积法，机械化学法和湿化学法，但是这些方法普遍存在 着氮掺杂含量低、可见光活性差、禁带宽度不容易控制、载流子浓度低的问题，极大的限制 了 ZnO的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的氮掺杂方法存在的氮掺杂含量低、可见光活性 差、禁带宽度不容易控制、载流子浓度低的问题，而提供了。本专利技术按照以下步骤进行一、在搅拌转速为90 120转/分钟的条件下，向浓度为0. lmol/L的硝酸锌溶液中以60 90滴/分钟的速度滴 加氨水至PH为7，继续搅拌25 35分钟，静置55 65分钟后离心；二、步骤一离心后的 沉淀用去离子水清洗沉淀三次，再用无水乙醇清洗三次，在55 65°C下烘干22 26h，而 后置于马弗炉中，马弗炉中以2. 5 3. 5°C /分钟的速度升温至310 330°C°C，保温10 14h，即得到初步氮掺杂的ZnO ；三、将初步氮掺杂的ZnO置于温度为550 650°C、压力为 0. 7 0. 8MPa的高压反应器中，同时向高压反应器中通入氨气，反应24 96h，即得到氮掺 杂改性ZnO。本专利技术的方法对ZnO进行氮掺杂，合理的控制了反应条件，解决了的氮掺杂ZnO的 氮含量低、不易掺杂到晶格中的问题，本专利技术方法得到的氮掺杂改性ZnO通式为ZnCVxNx,式 中X = 0. 2 0. 8，氮掺杂含量高；本专利技术的方法使得N掺杂ZnO的电子-空穴复合被有效 抑制，增加了载流子浓度，本专利技术氮掺杂ZnO的载流子浓度高，同时，本专利技术的方法有效的 控制了禁带宽度，本专利技术氮掺杂改性ZnO的禁带宽度为3. 228 3. 302eV，本专利技术得到的以 氮掺杂改性ZnO为染料敏化太阳能光阳极的光电流转化率提高了 10 % 40 %，本专利技术方法 得到的氮掺杂ZnO对可见光电流转化率高，可见光活性好。附图说明图1是具体实施方式十得到的氮掺杂ZnO的标准XRD图；图2是具体实施方式十 得到的氮掺杂ZnO的SEM图；图3是具体实施方式十得到的以氮掺杂改性ZnO为染料敏化 太阳能电池光阳极薄膜表面的SEM图；图4是具体实施方式十得到的以氮掺杂改性ZnO为 染料敏化太阳能电池光阳极薄膜的膜厚SEM图；图5是具体实施方式十得到的氮掺杂ZnO 的UV-Vis图，其中1表示具体实施方式十得到的氮掺杂Zn0，2表示纯ZnO ；图6是具体实 施方式十得到的氮掺杂ZnO的SPS图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的 任意组合。具体实施方式一本实施方式按照以下步骤进行一、 在搅拌转速为90 120转/分钟的条件下，向浓度为0. lmol/L的硝酸锌溶液中以60 90滴/分钟的速度滴加氨水至pH为7，继续搅拌25 35分钟，静置55 65分钟后离心； 二、步骤一离心后的沉淀用去离子水清洗沉淀三次，再用无水乙醇清洗三次，在55 65°C 下烘干22 26h，而后置于马弗炉中，马弗炉中以2. 5 3. 5°C /分钟的速度升温至310 330°C，保温10 14h，即得到初步氮掺杂的ZnO ；三、将初步氮掺杂的ZnO置于温度为550 650°C、压力为0. 7 0. 8MPa的高压反应器中，同时向高压反应器中通入氨气，反应24 96h，即得到氮掺杂改性ZnO。本实施方式步骤一中硝酸锌溶液的配制方法为将一定量的硝酸锌溶于200ml去 离子水中，90 120r/min的速度进行磁力搅拌形成0. lmol/L的硝酸锌溶液。本实施方式步骤一中加入氨水后得到白色絮状沉淀。本实施方式步骤一中离心转速为4000 5000r/min，离心时间为10 15min。本实施方式步骤四中的高压反应器记载于专利技术名称为氨气调控氮掺杂改性TiO2 薄膜的制备方法及其使用的高压反应装置、申请号为200710071931的专利中。本实施方式得到的氮掺杂改性ZnO通式为ZnCVxNx，式中X = 0. 2 0. 8 ；本实施 方式通过控制步骤三的反应时间来控制ZnO的氮的掺杂量和禁带宽度大小，本实施方式得 到的氮掺杂改性ZnO的禁带宽度为3. 228 3. 302eV ；本实施方式以氮掺杂改性ZnO为染 料敏化太阳能光阳极的光电流转化率提高了 10% 40%。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中搅拌转速为 100 110转/分钟。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中搅拌转速为 105转/分钟。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三不同的是步骤一中搅拌30 分钟，静置60分钟。其他步骤及参数与具体实施方式一至三相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四不同的是步骤二中在60°C 下烘干24h。其他步骤及参数与具体实施方式一至四相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五不同的是步骤二中马弗炉 中以;TC /分钟的速度升温至320°C，保温12h。其他步骤及参数与具体实施方式一至五相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一至六不同的是步骤三中将初步 氮掺杂的ZnO置于温度为600°C、压力为0. 758MPa的高压反应器中。其他步骤及参数与具 体实施方式一至六相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一至七不同的是步骤三中反应 40 60h。其他步骤及参数与具体实施方式一至七相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一至七不同的是步骤三中反应 48h。其他步骤及参数与具体实施方式一至七相同。具体实施方式十本实施方式本实施方式按照以下步 骤进行一、在搅拌转速为100转/分钟的条件下，向浓度为0. lmol/L的硝酸锌溶液中以 80滴/分钟的速度滴加氨水至pH为7，继续搅拌30分钟，静置60分钟后离心；二、步骤一 离心后的沉淀用去离子水清洗沉淀三次，再用无水乙醇清洗三次，在60°C下烘干24h，而后 置于马弗炉中，马弗炉中以3°C /分钟的速度升温至320°C，保温12h，即得到初步氮掺杂的 ZnO ；三、将初步氮掺杂的ZnO置于温度为600°C、压力为0. 75MPa的高压反应器中，同时向 高压反应器中通入氨气，反应48h，即得到氮掺杂改性ZnO。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
氮掺杂改性ＺｎＯ的制备方法，其特征在于氮掺杂改性ＺｎＯ的制备方法按照以下步骤进行：一、在搅拌转速为９０～１２０转／分钟的条件下，向浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ的硝酸锌溶液中以６０～９０滴／分钟的速度滴加氨水至ｐＨ为７，继续搅拌２５～３５分钟，静置５５～６５分钟后离心；二、步骤一离心后的沉淀用去离子水清洗沉淀三次，再用无水乙醇清洗三次，在５５～６５℃下烘干２２～２６ｈ，而后置于马弗炉中，马弗炉中以２．５～３．５℃／分钟的速度升温至３１０～３３０℃℃，保温１０～１４ｈ，即得到初步氮掺杂的ＺｎＯ；三、将初步氮掺杂的ＺｎＯ置于温度为５５０～６５０℃、压力为０．７～０．８ＭＰａ的高压反应器中，同时向高压反应器中通入氨气，反应２４～９６ｈ，即得到氮掺杂改性ＺｎＯ。

【技术特征摘要】
氮掺杂改性ZnO的制备方法，其特征在于氮掺杂改性ZnO的制备方法按照以下步骤进行一、在搅拌转速为90～120转/分钟的条件下，向浓度为0.1mol/L的硝酸锌溶液中以60～90滴/分钟的速度滴加氨水至pH为7，继续搅拌25～35分钟，静置55～65分钟后离心；二、步骤一离心后的沉淀用去离子水清洗沉淀三次，再用无水乙醇清洗三次，在55～65℃下烘干22～26h，而后置于马弗炉中，马弗炉中以2.5～3.5℃/分钟的速度升温至310～330℃℃，保温10～14h，即得到初步氮掺杂的ZnO；三、将初步氮掺杂的ZnO置于温度为550～650℃、压力为0.7～0.8MPa的高压反应器中，同时向高压反应器中通入氨气，反应24～96h，即得到氮掺杂改性ZnO。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉林，张凌云，范瑞清，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[]