[发明专利]一种GaP纳米线及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种GaP纳米线及其制备方法和用途。GaP纳米线的制备方法为：1)在导电基底上覆盖催化剂；2)将GaP粉末装入容器中；3)将导电基底和容器置于两端开口的石英管两侧，放到双温区管式炉中；4)对双温区管式炉抽真空，通保护气，加热，使第一温区升温至930℃‑1000℃，第二温区升温至620℃‑650℃，保温，得GaP纳米线。本发明还提供一种GaP/GaPN核壳纳米线，其制备方法为：将GaP纳米线置于两端开口的石英管中，放到反应炉中，抽真空，通入保护气，加热反应炉，升温至720℃‑800℃，停止抽真空并停止通入保护气，通入氨气，保温，得到核壳纳米线。本发明提供的纳米线作为光电极。

技术领域

本发明属于半导体材料与纳米技术领域，具体涉及一种GaP纳米线及其制备方法和用途。

背景技术

随着能源短缺问题的日益突出，新能源的研究正逐渐引起国内外研究人员的重视。利用半导体材料吸收太阳光能应用于光电化学分解水制氢是解决能源问题的方案之一。而III-V族材料由于其合适的禁带宽度和优异的载流子传输性能，一直是光电化学电极的合适选择之一。

早在1998年，John A.Turner等人就以GaInP₂作为光阴极用于光电化学分解水，实现了12.4％的产氢效率。(A monolithic photovoltaic-photoelectrochemical devicefor hydrogen production via water splitting.Science 1998,280,425-427.)随着纳米科学技术的逐渐发展，将III-V族纳米材料应用于光电化学分解水制氢也成为了该领域研究的热点之一。近年来Erik P.A.M.Bakkers课题组通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)法制备了分别生长在单晶GaP和InP基底上的GaP和InP纳米线，并用其作为光阴极用于光电化学分解水制氢，分别达到了约-9mA cm^-2和超过-20mA cm^-2的极限光电流。(Efficient water reduction with gallium phosphide nanowires.Nat.Commun.2015,6,7824.)(Photoelectrochemical Hydrogen Production on InP Nanowire Arrays withMolybdenum Sulfide Electrocatalysts.Nano.Lett.2014,14,3715-3719.)尽管如此，由于单晶GaP和InP基底价格很高且不易获得，同时MOCVD设备昂贵且操作复杂，加之所需的前驱体源为有机金属化合物气体源，如三甲基镓(Ga(CH₃)₃)，三甲基铟(In(CH₃)₃)，膦(PH₃)等，这类化合物难以制备，其价格及运输、保存成本都很高，且有剧毒，导致这一类工艺很难进行大规模的推广应用。

因此，有必要开发一种操作简单且成本较低，同时能尽可能保持产品光电化学分解水性能的方法来制备III-V族纳米材料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种GaP纳米线及其制备方法和用途。本发明制备的GaP纳米线尺寸均匀，结晶性良好，且制备操作方法简单，作用设备和原料成本较低。本发明还提供了一种由所述GaP纳米线作为原料制备的GaP/GaPN核壳纳米线及其制备方法和用途。由本发明提供的纳米线制备的光电极产氢性能优异，在AM1.5G光照下，GaP纳米线作为光电极其极限电流可达15mA cm^-2；GaP/GaPN核壳纳米线作为光电极，其极限电流接近20mA cm^-2。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：