[发明专利]一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列及其制备和应用

说明书

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，公开了一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列及其制备方法和应用。该方法首先通过溶胶‑凝胶法在透明导电基底上制备钒酸铋种子，然后用水热/溶剂热法在有形貌调控剂存在的情况下，借助高压釜来制备BiVO₄纳米管晶体阵列，最后将制得的BiVO₄纳米管置于管式炉中高温退火即可得到透明导电基底上生长的单斜相[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列。本发明直接在透明导电基底上生长一维纳米管阵列，简化了一维单晶材料在半导体器件应用中的工序，而且整个制备过程无有毒、有害物质的产生，不会对环境造成污染、也不会危害人体健康，安全、环保。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，特别涉及一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列及其制备和应用。

背景技术

已报道的半导体光催化材料中，拥有窄的能带间隙的半导体由于具有较强的光吸收能力而备受青睐，诸如WO₃，C₃N₄，Fe₂O₃，BiVO₄等。其中钒酸铋(BiVO₄)由于其起始电位低，价导带位置跟光解水所需电势相近，载流子寿命和空穴扩散距离较其他窄带隙半导体要长等优势而成为一种极具潜力的半导体材料。自然条件下BiVO₄主要存在以下三种晶相：四方锆石结构(z-t)，单斜白钨矿结构(s-m)，四方白钨矿(s-t)，其中单斜相BiVO₄的光催化性能最好。

单斜相钒酸铋(BiVO₄)的带隙较窄，约为2.4eV，能够吸收太阳光中的可见光部分，产生具有还原性的光生电子及具有氧化性的光生空穴。从材料的纳米微结构而言，一维的钒酸铋纳米阵列材料能为电荷提供优良的传输通道，有益于性能严重依赖高效电荷传递和收集的半导体器件的研制。而具有管状形貌的一维阵列相较于其它结构具有更高的比表面积，能为反应提供较多的活性位点，同时易于客体材料的填充。综合以上优点，单斜相钒酸铋纳米管阵列在半导体器件相关领域，如光催化分解水制氢、光催化降解污染物、太阳能电池、光致发光、光电气敏、生物检测等方面，都具有极高的基础研究价值和广阔的实际应用前景。

文献资料检索结果显示，王文中课题组在2007年通过回流法制备了粉体的非阵列的BiVO₄纳米管(Single-Crystalline BiVO₄Microtubes with Square Cross-Sections:Microstructure,Growth Mechanism,and Photocatalytic Property,J.Phys.Chem.C2007,111,13659-13664)，但是，尚未有通过添加形貌调控剂和简单的水热法在导电玻璃基底上直接制备沿着固定晶体方向生长的钒酸铋(BiVO₄)纳米管晶体阵列的报道。报道的回流法虽然为管状钒酸铋纳米管晶体的制备提供了可能，但是粉末状的存在形态失去了一维纳米管阵列作为电荷传输通道的优势，同时较大的管状直径造成表面积不足，在实际应用中对于开发高性能半导体器件有着很大的制约。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列的方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列。

本发明再一目的在于提供上述透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列在光电催化、光解水、以及开发高性能半导体器件领域的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：