[发明专利]一种窄带隙铁电半导体纳米颗粒、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及光催化和压电催化技术领域，尤其涉及一种窄带隙铁电半导体纳米颗粒、其制备方法及应用。窄带隙铁电半导体纳米颗粒的制备方法包括：将Na₂CO₃、M₂O₃、含第Ⅱ副族元素的氧化物和硝酸混合，得到混合液；所述M选自B、Al、Ga和In中的一种；所述含第Ⅱ副族元素的氧化物包括ZnO或CdO；将所述混合液、柠檬酸和聚乙二醇混合后，得到湿凝胶，经过干燥和煅烧后，得到前驱体材料，与一价金属盐混合均匀后，烘干，研磨，并压制成陶瓷片，经过烧结，得到混合物；将所述混合物与溶剂混合后，研磨，离心；离心后的固体物质再次与溶剂混合重复处理，得到窄带隙铁电半导体纳米颗粒，稳定性和光催化性质均较优。

技术领域

本发明涉及光催化和压电催化技术领域，尤其涉及一种窄带隙铁电半导体纳米颗粒、其制备方法及应用。

背景技术

随着社会发展，人们对能源的需求越来越大、对环境的要求越来越高。铁电半导体是一类可以将力、热、光、电耦合于一体的材料，其中涉及的光催化技术可以将低密度太阳能转化成高密度的化学能，压电催化技术可以将低密度的机械能转化成高密度的化学能，均可分解环境中的污染物、还原环境中的重金属以及杀灭环境中的细菌与病毒，具有解决能源和环境方面的战略意义。然而，带隙较宽和极化率较低导致的光利用率低及光生载流子复合严重等因素限制了其应用，成为了这一领域的瓶颈。近年来，研究者们通过负载助催化剂、构建异质结等方法来提升载流子利用率，这些方法一定程度上促进了载流子的空间分离。然而，大多助催化剂价格昂贵，且只依赖单一因素(光或机械力)间歇性产生活性物质，也无法阻止单一材料内部电子和空穴的复合。因此，寻找价廉、高效、全天候的本征铁电半导体促进载流子的内部和空间共同分离十分重要。

纤锌矿结构具有优异的压电性。所谓压电性，即当压电晶体收到外力作用时晶体会发生形变，改变晶体的极化状态，在材料内部建立电场，这种电场可以促进载流子的迁移。所谓铁电性，即晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，形成极化电场，这种电场也可以促进载流子的迁移。压电体包含热释电体，热释电体包含铁电体，换句话说，铁电体一定是压电体。因此，当材料同时具有铁电体和半导体特性时，晶体中产生的极化电势对半导体光激发产生载流子传输具有一定影响，促进光生载流子的定向迁移，可以减少光生载流子的复合，提高光催化活性。