[发明专利]顶端修饰Cu2

说明书

本发明涉及一种顶端修饰Cu₂O的ZnO纳米棒异质结及其制备方法与应用。本发明采用两步法制备，首先采用恒电位沉积法在导电基底上制备ZnO纳米棒，然后采用光沉积法在已制备的ZnO纳米棒顶端沉积Cu₂O颗粒，从而得到顶端修饰Cu₂O的ZnO纳米棒异质结。本发明工艺简单快捷，所得异质结可以有效分离光生载流子，并对可见光区产生响应，在纳米异质结光催化和光伏等领域有良好应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种Cu₂O/ZnO纳米棒异质结的制备方法，特别涉及一种顶端修饰Cu₂O的ZnO纳米棒异质结的制备方法。

背景技术

ZnO是一种n型半导体，禁带宽度一般为3.2eV，由于其稳定，无毒，原材料丰富，被广泛应用于传感器、光催化和光伏等领域。ZnO 纳米棒由于其单晶结构、一维有序性以及高的比表面积，有利于光生载流子的定向传输，因此得到了广泛研究及应用。但由于其带隙较宽， ZnO只能对占据太阳光能量份额较低的紫外光产生响应，大大限制了其广泛应用。为了在保持ZnO材料自身优点的同时，进一步提高材料体系的性能，人们通常选用另一种窄带隙半导体与ZnO构成异质结，从而拓宽材料体系的光谱响应范围，提高光生载流子分离效率，例如 ZnO/ZnTe，ZnO/Cu₂O和ZnO/WO₃等。

其中Cu₂O是一种常见的p型半导体，带隙为2.2eV。ZnO/Cu₂O体系可以构成p-n结，其形成的内建电场有利于实现光生载流子的分离。近年来已有一些工作对Cu₂O/ZnO异质结进行了制备及应用研究。例如，中国专利文献CN102503169A采用水热法，按照如下顺序制备Cu₂O/ZnO异质结：ZnO晶种制备→水热法制备ZnO纳米棒→水热法制备Cu₂O，但其制备工序复杂，耗时长，且反应温度高。中国专利文献CN102214734A中的ZnO/Cu₂O异质结制备方法相对简单，采用两步电化学沉积的方法，分别制备ZnO和Cu₂O薄膜，但得到的ZnO和Cu₂O 之间的接触面积有限，同时由于ZnO不具备一维有序结构，不利于光生载流子的定向传输与分离。

研究表明，在制备半导体材料异质结时，通过对异质结中两种材料在空间中进行有序排列，可以使光生电子空穴得到有效分离。由于光生电子空穴在纳米棒材料中一维运动的特殊性，在其顶端修饰第二相材料有利于促进氧化还原反应的位点分离，进而有利于对光生电荷的分离及利用。目前对于顶端修饰Cu₂O的ZnO纳米棒阵列的制备及应用研究还未见报道。

发明内容

针对现有Cu₂O/ZnO异质结的制备技术及结构上存在的上述问题，本发明创新性地提出了一种顶端修饰Cu₂O的ZnO纳米棒的异质结结构及其制备方法，其目的在于：①提出一种新型低温、快速、简易制备Cu₂O/ZnO异质结的方法；②提出一种新型Cu₂O/ZnO异质结结构，通过控制Cu₂O选择性生长于ZnO顶端，分离Cu₂O和ZnO的空间生长位点，达到光生载流子的高效分离的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种顶端修饰Cu₂O的ZnO纳米棒的异质结，其包括导电基底、 ZnO纳米棒层和Cu₂O层，所述导电基底为导电材料，所述ZnO纳米棒层生长于所述导电基底表面，所述Cu₂O层修饰于所述ZnO纳米棒层顶端。

所述导电基底可为本领域可用的各种导电材料，例如FTO导电玻璃。

进一步地，所述ZnO纳米棒呈六棱柱结构，直径为80～150nm。