[发明专利]核壳结构多孔硅纳米线-硫化镉量子点复合光催化材料的制备与应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构多孔硅纳米线‑硫化镉量子点复合光催化材料的制备与应用，以硼掺杂硅片，氯化镉，九水硫酸钠，硫代乙醇酸和枝状聚乙烯亚胺等为原料，通过金属辅助化学刻蚀，冷凝回流和静电自组装方法得到SiNWs@CdS核壳结构复合材料，所制备出来SiNWs@CdS复合光催化材料，具有良好的一维核壳结构以及显著的可见光响应特性，能在可见光下光催化还原对硝基苯胺和光催化分解水产氢，该催化剂制备方法简单，反应后容易分离回收，原料丰富，价格低廉，对环境友好。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其是涉及一种核壳结构多孔硅纳米线-硫化镉量子点复合光催化材料的制备与应用，该材料可用于可见光下光催化还原对硝基苯胺和光催化分解水产氢。

背景技术

随着社会的不断发展，对能源需求和环境破坏日益加剧，如何解决这两大难题已经成为当今社会主要研究课题。半导体光催化技术是利用天然太阳光作为驱动力来进行一系列重要化学反应的绿色技术，且经济，反应条件简单和无二次染污等优点，被认为是从根本上解决全球能源和环境问题的理想途径之一。目前，半导体光催化技术在污染物降解、清洁新能源开发和有机合成等方面均表现出潜在广阔应用前景。然而，传统单一组分半导体如TiO₂、ZnO等，存在着比表面积小、对可见光利用率低、产生电子空穴对容易复合、自身不稳定等缺陷，极大限制半导体光催化技术的发展和实际应用。因此，设计和构建高效能，稳定，绿色环保的光催化剂是半导体光催化技术重要课题。

硅纳米线作为半导体材料，具有较大比表面积、良好光学性能、优异电子传输能力、原材料资源丰富和廉价、对环境友好等特点，已在化学，电子，医学等领域有着发挥着重要作用。在光催化领域中，硅纳米线也被广泛利用在污染物降解和新能源开发，但是单一组分硅纳米线也存着光催化活性低和表面容易被氧化等缺陷。我们通过引入硫化镉量子点与硅纳米线形成核壳结构复合材料，不仅优化材料结构和形貌，而且提高材料光催化性能以及光催化稳定性，这有利于拓展硅纳米线在光催化领域上应用。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种在可见光下具有良好光催化分解水产氢和水相中还原对硝基苯胺的核壳结构多孔硅纳米线-硫化镉量子点复合光催化材料及其制备方法和应用，该目的对新能源开发和环境问题治理具有重要意义。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种核壳结构多孔硅纳米线-硫化镉量子点复合光催化材料，其通过静电自组装法将硫化镉量子点负载于多孔硅纳米线上获得。

一种核壳结构多孔硅纳米线-硫化镉量子点复合光催化材料的制备方法，其包括如下步骤：

（1）将硼掺杂硅片进行裁剪成指定大小后，依序用丙酮、乙醇和去离子水进行超声浸渍处理，以去除硼掺杂硅片表面的杂质，然后用体积混合比例为3：1的浓硫酸和过氧化氢混合液对其表面进行洗涤后，再用去离子水洗净，之后将硼掺杂硅片浸泡在质量浓度为5%的氢氟酸溶液中以去除其表面附着的氧化物，然后将其放入浓度为0.01mol/L硝酸银和浓度为4mol/L氢氟酸的混合溶液中搅拌，使硼掺杂硅片表面附着Ag纳米颗粒，然后将其取出并用去离子水洗涤后，将沉积有Ag纳米颗粒的硼掺杂硅片置于含有10wt%氟化氢和2wt%过氧化氢的混合溶液中进行刻蚀处理并获得硅阵列，然后将刻蚀好的硅阵列放入浓硝酸中浸泡处理，使残留在其表面的Ag纳米颗粒被去除，然后使用去离子水进行冲洗，再依序经过氢氟酸浸泡和去离子冲洗后，利用氮气对其进行吹干，得到硅纳米线；

（2）将浓度为86mg/ml的枝状聚乙烯亚胺溶液按1：25的体积比加入到去离子水中混合，再通入氮气进行排出混合溶液中的氧气后，将制备好的硅纳米线置于混合溶液中浸泡处理1h，浸泡过程中持续通入氮气，浸泡处理完毕后，将硅纳米线取出并用氮气吹干，即可得到聚乙烯亚胺修饰的硅纳米线；