化领域潜在的应用价值，在污水处理方面具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例中在蓝宝石衬底上生长的可见光响应多量子阱氮化物光催化材料侧面剖视图，其中I一蓝宝石衬底，2—缓冲层，3— η-GaN层，4一 InGaN/GaN多量子讲，5—P-GaN 层。
[0030]图2为本发明实施例中多量子阱氮化物光催化材料高角度环形暗场-扫描透射电子显微像(HAADF-STEM)。
[0031]图3为本发明实施例中激光剥离去除蓝宝石衬底，并把InGaN/GaN多量子阱氮化物光催化材料转移至导电基底的步骤不意图，其中:1 一蓝宝石衬底，2一缓冲层，3一n-GaN层，4一 InGaN/GaN多量子阱，5 — ρ-GaN层，6—金属层，7—粘结层，8—石墨衬底。
[0032]图4是本发明实施例制备的多量子阱氮化物光催化材料对甲基橙降解的光催化效果图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
[0034]本实施例的可见光响应的氮化物光催化材料制备方法包括如下步骤:
[0035]I)使用Aixtron公司MOCVD生长系统，采用三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)，三甲基铝(TMAl)为III族源，氨气(NH3)作为V族源，硅烷(SiH4)作为η型掺杂源，二茂镁(Cp2Mg)作为ρ型掺杂源，在蓝宝石衬底上生长出多层PIN异质结构氮化物外延薄膜，包括蓝宝石衬底 1、缓冲层(10nm)2、η-GaN 层(4μηι)3、InGaN (3nm) / GaN (3nm)多量子讲(30 个周期)4、ρ-GaN层(200nm) 5，如图1所示。
[0036]图2高角度环形暗场-扫描透射电子显微像(HAADF-STEM)显示MOCVD生长的InGaN/GaN多量子阱界面清晰，亮条纹为InGaN，暗条纹为GaN。
[0037]2)在生长的氮化物外延材料表面用电子束蒸发镀膜方法蒸镀Ti (20nm)/Pt (120nm)，形成金属层6，然后用导电成分为C等的导电树脂胶粘到石墨基底8上，蓝宝石面曝露在外。
[0038]3)导电树脂胶固化后，使用MALL0-5000型微区激光剥离机激光剥离蓝宝石衬底
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[0039]MALL0-5000型微区激光剥离机使用全固态半导体紫外激光器(DPSS)，波长为355nm，功率为7W。激光以扫描直线/垂直度0.002mm，扫描速度100mm/sec辐照蓝宝石全部区域；然后进行40°C热处理，使蓝宝石衬底与GaN外延薄膜分离开，并用浓HCl和去离子水(I: I体积比)的混合液清洗两分钟，再用去离子水清洗备用。激光剥离蓝宝石衬底的步骤如图3所示。
[0040]将上述方法制备的光催化材料作为光电化学池(PEC)的电极放入甲基橙浓度为2mg/L，KCl浓度为lmol/L共60mL的电解质溶液中，PEC对电极为6mmX6mm Pt片。在室温下测量，溶液的pH值为5.65。在进行光催化降解甲基橙时，使用短弧氙灯CHF-XM-500W可见光光源，光源与电极距离15cm，光可照射样品表面积约1.5cm2，辐照强度为140mW/cm2，每隔30min取2mL甲基橙溶液于离心管中，总反应时间为4小时。反应结束，取出的各个样品经离心分离后，用紫外-可见光光度计测其在460nm左右的吸光度，得出各降解时间段后剩余甲基橙的浓度，以此来反应本方法制备的氮化物光催化材料降解甲基橙的效果。只有光照和只有氮化物光催化材料电极无光照情况下，甲基橙溶液几乎没有降解。加入可见光光照4h后，在有效光催化氮化物薄膜材料面积仅1.5cm2的条件下，降解率达到了 77.7%，如图4所示。具体应用时，可使用大面积并联的氮化物光催化材料做光催化电极，以进一步提高降解速率。
[0041]以上所述的实施例仅为体现本发明的技术特征而提供，并非以此限定本发明专利请求的专利保护范围。应当指出的是，本发明还具有多样化的实施方式，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。凡依据本发明实施例所作的等同变化与修改，均仍属于本发明的技术方案的范围内。因此本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
【主权项】
1.一种可见光响应的氮化物光催化材料，该材料结构为导电基底上的氮化物PIN异质结构薄膜，其中以InGaN/GaN多量子阱或超晶格作为光吸收层。2.如权利要求1所述的光催化材料，其特征在于，所述导电基底上依次层叠导电键合层、金属层、P-GaN层、InGaN/GaN多量子阱或超晶格和n_GaN层。3.如权利要求2所述的光催化材料，其特征在于，所述导电基底为化学惰性的导电材料；所述导电键合层为化学惰性的导电键合材料；所述金属层材料为化学惰性金属。4.如权利要求3所述的光催化材料，其特征在于，所述导电基底是石墨、活性炭或Pt;所述导电键合层材料是导电成分为Au、Pt和/或C的导电胶或其它化学惰性的导电键合材料；所述金属层材料为Pt和/或Au。5.如权利要求2所述的光催化材料，其特征在于，所述p-GaN层的厚度为50?500nm，所述n-GaN层的厚度为500nm?6 μπι。6.如权利要求1所述的光催化材料，其特征在于，所述InGaN/GaN多量子阱或超晶格的周期数为5?100，其中，InGaN阱层厚度为2?8nm，GaN皇层厚度为2?8nm，InGaN阱层原子数比例为InxGa1 XN，其中0.1彡x彡0.8。7.权利要求1?6任一所述的氮化物光催化材料的制备方法，包括以下步骤: 1)采用金属有机化合物气相外延技术在蓝宝石衬底上生长出多层PIN异质结构GaN基外延薄膜，包括缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱或超晶格、p-GaN层； 2)在步骤I)生长的外延薄膜上镀一层化学惰性的金属，然后键合到导电基底上； 3)将蓝宝石衬底剥离，得到所述氮化物光催化材料。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤I)生长多层PIN异质结构GaN基外延薄膜时以三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝作为111族源，氨气作为V族源，硅烷作为η型掺杂源，二茂镁作为P型掺杂源。9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)采用激光剥离技术把蓝宝石衬底剥离掉，然后对导电基底上的氮化物PIN异质结构薄膜进行清洗。10.权利要求1?6任一所述的氮化物光催化材料作为降解有机污染物的太阳能光电化学池的电极的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种可见光响应的氮化物光催化材料及其制备方法。采用MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长多层PIN异质结构GaN基外延薄膜，以InGaN/GaN多量子阱或超晶格作为光吸收层，然后将GaN基外延薄膜转移到导电基底上，并剥离蓝宝石衬底，得到所述光催化材料。采用InGaN/GaN多量子阱或超晶格作为光吸收层，克服了MOCVD生长厚层InGaN的困难；掺入In组分使光催化材料具有可见光响应性；PIN异质结构的内建电场可以使光生载流子有效分离，具有高的光电转换效率，大大提高了材料的催化活性。该光催化材料在可见光光照下对甲基橙等偶氮染料表现出优异的降解活性，可用作降解有机污染物的光电化学池的电极。
【IPC分类】B01J27/24, H01L31/0352
【公开号】CN105056984
【申请号】CN201510483016
【发明人】陈伟华, 韩帅斌, 丁竑瑞, 李艳, 鲁安怀, 胡晓东, 张国义
【申请人】北京大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月7日