[发明专利]表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料及其制备方法

说明书

表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料及其制备方法，它涉及一种光电转换粉末状材料及其制备方法。本发明的目的是要解决现有纳米TiO₂对可见光利用率较低、以及难以分散、回收和再利用的问题。表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料为芯‑壳复合结构，以四元Ti‑Cu‑Zr‑Ni合金粉末为芯，以微/纳米三维网状结构为壳。制备方法：一、制备合金粉末；二、退合金化反应；三、烧结。优点：工艺简单、无需外加辅助及控制材料、成本较低；吸收波长上限达到了600nm。本发明制备表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料作为光电转换粉末状颗粒材料使用。

技术领域

本发明涉及一种光电转换粉末状材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，能源的消耗成为全世界日益关注的重要问题。在能源材料领域，太阳光能由于可再生、高效、清洁无污染等特点，是未来理想的新型能量来源。世界各国均将太阳光能利用与转化研究，列入未来战略发展计划。我国更将“面向能源的光电转换材料”归入解决能源问题的重大战略发展需求中。众所周知，当材料尺寸达到纳米级别时，由于小尺寸效应、量子效应、表面与界面效应和宏观量子隧道效应等，会使材料表现出独特的功能化性能。因此，通过纳米材料设计与控制合成方法，可以设计、开发纳米材料的新功能和新特性，这使得纳米材料用于解决能源问题成为了可能。在众多纳米材料中，纳米金属氧化物不仅具有纳米材料、金属氧化物特有的物理化学性质，而且还具有半导体材料的特性，因而表现出独特的光/电等性能。在纳米氧化物体系中，纳米TiO₂具有稳定性高、无生物毒害作用等优点。此外，其比表面积大，具有比其它形态的光电转换材料更大的转换效率，一直是功能材料领域研究的热点。因此，纳米TiO₂作为一种无机功能材料，在光电转换等新能源材料及传感器材料方面具有广阔的应用前景。

然而，由于纳米TiO₂对可见光(太阳辐射总能量的约50％，波长380-780nm)的利用率较低，仅能吸收紫外光(太阳辐射总能量的约7％，波长小于380nm)，这无疑使纳米TiO₂作为先进光能转换材料的应用受到了极大的限制。另外，传统纳米尺寸氧化物颗粒细微，极易失活和凝聚，不易分散、沉降，难以回收和再利用，也进一步限制了纳米TiO₂的实际应用。可见，尽管纳米金属氧化物所固有的诸多优点使其具有作为高效光电转换材料应用的前景，但其实际应用尚需解决提高性能与转换效率，以及分散回收等关键的技术瓶颈问题。

为了解决上述纳米TiO₂太阳光能利用率低的瓶颈问题，其后续改性技术一直是研究人员关注的重要课题。目前常用的后续改性方法有贵金属沉积、元素掺杂以及半导体复合等等。上述改性方法虽能在一定程度上改进纳米纳米TiO₂的光电转换性能，但存在工艺步骤较为复杂、成本相对较高、材料体系受限、成分组织不均匀、改性后复合结构极易破坏、易失活等问题。另一方面，目前针对实际应用，研究者常制备片状形态的具有纳米尺度形貌的薄膜氧化物材料。与二维薄膜相比，纳米尺度的粉末材料由于其独特的一维结构和大的比表面积，在光电转换、光电传感器等方面，展现出优异的性能优势。

发明内容

本发明的目的是要解决现有纳米TiO₂对可见光利用率较低、以及难以分散、回收和再利用的问题，而提供表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料及其制备方法。

表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料为芯-壳复合结构，以四元Ti-Cu-Zr-Ni合金粉末为芯，以微/纳米三维网状结构为壳，所述四元Ti-Cu-Zr-Ni合金粉末中Ti原子分数为40～45％，Cu原子分数为30～40％，Zr原子分数为1～3％，Ni原子分数为12～29％；所述微/纳米三维网状结构由晶态CuO颗粒和无定形态微/纳米三维网组成。

表面附着含CuO颗粒的微/纳米网结构合金粉末状颗粒材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：