[发明专利]一种用CdTe和ZnS纳米晶共修饰TiO2纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种CdTe和ZnS纳米晶共修饰TiO₂纳米管阵列的制备方法。

背景技术

能源与环境问题成为了21世纪全世界面临的重大问题，纳米结构材料由于其独特的大比表面积、颗粒尺寸效应和组装能力等，将在环境和能源领域具有广泛的应用。半导体光催化技术由于在利用太阳能和解决环境污染问题方面具有很大的潜力，因此受到国内外广泛关注。其中，由于TiO₂无毒、稳定、光电性能突出等特点，引起了人们广泛的研究兴趣。而一维结构的TiO₂纳米管具有更大的比表面积、更高的光催化活性和更强的吸附能力，使其在光催化剂、太阳能电池、气敏传感材料、催化剂载体和超级电容器方面有着广泛的应用，制备和研究TiO₂纳米管已成为国际上的一个热点话题。

TiO₂纳米管具有优良的光电性能，但由于其固有的宽禁带（约为3.2eV）特性，使其只能吸收太阳光谱中的紫外线，紫外线在太阳光谱中只占很少的一部分（~5%），极大地限制了太阳光的有效利用率。此外，光生电子与空穴对的过快复合，降低了TiO₂纳米管的有效光电效率。为此采用适当的方法对其进行改性，可以拓宽其在可见光区的吸收，并有效地限制电子空穴对的复合，提高了TiO₂纳米管在可见光区域的光催化和光电流性能。

在现存的多种TiO₂纳米管改性的方法中，利用窄能带半导体对TiO₂纳米管进行敏化是目前研究的热点。其中，碲化镉为p型半导体，能隙宽度小，可吸收太阳光中的可见光，吸收光的范围广，达到800nm左右，吸收可见光后激发的电子转移至TiO₂的导带，并沿着管壁迅速转移到基体，在光催化和DSSC应用方面具有很大的潜力。Craig A.Grimes、马建均采用恒电压法在TiO₂NTs表面成功沉积CdTe量子点，大大提高了光电转化效率。中科院彭练矛课题组通过先制备出2~6nm的CdTe量子点，然后通过生物双分子偶联剂将量子点链接到TiO₂NTs壁上，成功制备出CdTe/TiO₂NTs光电极，光电流提升35倍。另外，CdTe纳米晶极易被氧化，存在严重的光蚀现象。而ZnS的能带宽度（3.8eV）远大于CdTe，因此用ZnS量子点对CdTe量子点进行包覆，使ZnS成为CdTe与电解液界面的阻挡层，阻碍O₂与其接触，可防止CdTe氧化为单质Cd和Te，抑制光蚀。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供了一种工艺方法简单，操作方便，可拓宽TiO₂纳米管阵列在可见光的吸收，提高光电转化效率的CdTe和ZnS纳米晶共修饰TiO₂纳米管阵列的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种CdTe和ZnS纳米晶共修饰TiO₂纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）将高纯钛片超声除油，去除自然氧化膜，进行二次阳极氧化并经过热处理相转变后，制备出有序锐钛矿TiO₂纳米管阵列；

（2）采用连续离子层吸附与反应的方法（SILAR），在步骤（1）制得的TiO₂纳米管阵列的TiO₂纳米管壁上沉积CdTe纳米晶；

（3）采用连续离子层吸附与反应的方法（SILAR）在步骤（2）中已沉积CdTe纳米晶的TiO₂纳米管壁上包覆ZnS纳米晶，制得CdTe和ZnS纳米晶共修饰TiO₂纳米管阵列。

所述的步骤（1）中高纯钛片的纯度≥99.5%。

所述的步骤（1）的超声清洗为：将高纯钛片依次在丙酮、甲醇和异丙醇中超声5~10min，去除钛表面的油污。

所述的步骤（1）中去除自然氧化膜是将超声去油后的钛片放入混酸中超声5~10s除去氧化层，其中所述的混酸为HF:HNO₃:去离子水的体积为1:4:5。

所述的步骤（1）的二次阳极氧化是在电解液为含有0.5wt.%NH₄F和3vol.%去离子水的乙二醇溶液，氧化电压为60V的条件下，依次进行一次阳极氧化时间为1小时，二次阳极氧化时间为3小时；