[发明专利]高价硫掺杂氧化锌光电材料的合成方法

说明书

本发明涉及无机化合物半导体材料制备技术领域，公开了一种高价硫掺杂氧化锌光电材料的合成方法，包括以下步骤：S1：在20~60℃下，边搅拌边将固体氧化锌分散到硫源溶液中进行离子交换；S2：对S1中离子交换后的样品进行碱处理，以去除其中未进行离子交换的的氧化锌；S3：分离S2中得到的沉淀，并对该沉淀进行煅烧，得高价硫掺杂氧化锌光电材料。与现有技术相比，本发明制备出来的高价硫掺杂氧化锌中，硫掺杂在氧化锌外部，光电响应能够扩展到500 nm的可见光区，并表现出可见光光催化降解有机染料的活性，合成步骤简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及无机化合物半导体材料制备技术领域，特别涉及一种高价硫掺杂氧化锌光电材料的合成方法。

背景技术

ZnO是一种-族具有光电特性的化合物半导体，是直接带隙半导体，具有较大的激子结合能（~60 meV）。ZnO材料在激光器，发光二极管以及紫外参测器等光电器件的应用上具有非常广泛的前景。但是它的带隙为3.37 eV, 只能利用太阳光中的紫外光。目前主要是采用离子掺杂的方式来扩展氧化锌对光的利用范围（夏志美, 刘竹林. 氧化锌掺杂改性研究进展[J]. 材料导报, 2014, 28(21)）。

到目前为止对于非金属S掺杂氧化锌的研究较少。公告号为CN106430284A、名称为一种硫掺杂氧化锌纳米材料的制备方法的专利，公开了将氢氧化钠和硫化钠的混合液逐步滴加到事先由锌盐配制的锌前驱体溶液中搅拌反应，得硫掺杂氧化锌纳米材料；公告号为CN107418560A、名称为一种高效硫掺杂氧化锌纳米材料的制备方法的专利，公开了向纳米氧化锌前驱体溶液中先后加入硫代乙酰胺和乙二胺四乙酸中反应生成白色沉淀，然后对白色沉淀进行热处理得到硫掺杂氧化锌纳米材料。上述两种方法都是在合成氧化锌的过程中加入硫源，一锅出得出硫掺杂的氧化锌，所以硫掺杂在氧化锌的分子结构内部或外部无法控制，如果硫掺杂在氧化锌的内部的话，表面的氧化锌会在一定程度上阻止硫掺杂氧化锌对可见光的吸收。因此，开发一种硫掺杂位置可控、合成步骤简单又经济实用的合成硫掺杂氧化锌的方法十分必要的。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高价硫掺杂氧化锌光电材料的合成方法，制备出来的高价硫掺杂氧化锌中，硫掺杂在氧化锌外部，光电响应能够扩展到500 nm的可见光区，并表现出可见光光催化降解有机染料的活性，合成步骤简单，成本低廉。

技术方案：本发明提供了一种高价硫掺杂氧化锌光电材料的合成方法，包括以下步骤：S1：在20~60℃下，边搅拌边将固体氧化锌分散到硫源溶液中进行离子交换；S2：对S1中离子交换后的样品进行碱处理，以去除其中未进行离子交换的氧化锌，得低价硫掺杂氧化锌沉淀； S3：分离所述低价硫掺杂氧化锌沉淀，并对其进行煅烧，得高价硫掺杂氧化锌光电材料。

优选地，在所述S1中，所述氧化锌与所述硫源溶液中硫源的物质的量之比为1：0.01~1.5。硫源溶液中硫源的物质的量优选高于氧化锌的物质的量，这样能够使氧化锌中的氧尽量多的被硫所取代。

优选地，在所述S2中，所述碱的浓度为所述未进行离子交换的氧化锌物质的量的0.1~2倍。碱的浓度优选高于未进行离子交换的氧化锌的物质的量，主要是为了尽量使剩余的氧化锌被碱全部溶解。

优选地，在所述S3中，所述煅烧的温度为450~600℃，煅烧时间为3~6 h。此煅烧温度和时间能够使得低价硫掺杂氧化锌转变成高价硫掺杂氧化锌。

优选地，在所述S2中，所述碱处理的时间为3~12h。

优选地，在所述S1中，所述硫源为硫化钠（Na₂S）或硫化钾（K₂S）。

优选地，在所述S2中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。