一种异质结纳米颗粒、其制备方法及应用

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种异质结纳米颗粒、其制备方法及应用。

背景技术：

1、纳米材料由于其独特的尺寸效应、理化性质以及宏观材料难以实现的高效性和可调谐性，在生物医药、环境保护及航天科技等许多领域获得了广泛应用。其中，无机半导体纳米材料由于其具有特定的能带结构，可以很好地吸收光能，并将其转化为热能和化学能，从而广泛用于光催化领域。高活性光催化剂的制备对于高效光能转换系统的实际应用具有重要意义，其应在宽波长范围内对光有较强的吸收能力，同时能够在光激发下产生丰富的电子-空穴对，进行有效的电荷分离。此外，光催化反应也需要足够的表面积和活性位点来进行。传统半导体，如二氧化钛等可以在紫外光照下产生大量的光生载流子，然而其可见光吸收能力差，且电子-空穴对容易快速复合，极大地限制了光催化性能。因此，需要开发具有适合波长光吸收的带隙、高电荷迁移率以及表面反应动力学较快的半导体光催化剂。

2、截至目前，无法找到一种半导体材料同时满足上述所有特征，而异质结因可以结合不同材料的优点成为了改善半导体材料性能的有效策略。当不同的光响应材料相结合时，所构建的异质结可以拓宽对光谱的吸收，并且通过适当的能带排列建立内部电场，从而减小电子-空穴对的复合，提高氧化还原反应的效率。另外，中空结构的大比表面积可以为氧化还原反应提供丰富的活性中心，所产生的光散射和反射效应可以增强对光的吸收和利用。因此，合成中空结构的异质结构光催化剂来提高光转换效率的方法具有重大研究意义。

3、硒化铜(cuse)纳米材料作为窄带隙无机半导体，在信息传感、电催化及光催化领域已有一些研究，但其纳米结构很难保持均匀和单分散性。因此，可以深入研究基于cuse的异质结构光催化剂，并探究其光催化性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异质结纳米颗粒、其制备方法及应用。所述异质结纳米颗粒通过复合cuse与cose2，能够实现更高的光热转换效率、光催化产生活性氧的效率以及电子-空穴对分离效率，应用前景良好。

2、为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种异质结纳米颗粒，由cuse和cose2组成，所述异质结纳米颗粒为中空纳米球，所述中空纳米球表面有纳米棒和纳米片。

4、优选地，所述异质结纳米颗粒的平均粒径尺寸为70～90nm。

5、第二方面，本发明提供一种异质结纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

6、将cu2o、钴源、第一溶剂、第一还原剂和硒源混合并反应，得到异质结纳米颗粒。

7、优选地，所述cu2o由以下方法制备得到：

8、将铜源、碱性物质、第二溶剂、分散剂和第二还原剂混合并反应，得到cu2o。

9、优选地，所述第二还原剂为水合肼溶液。

10、优选地，所述铜源选自cu(no3)2·3h2o和/或cucl2·2h2o。

11、优选地，所述碱性物质选自氢氧化钠和/或氢氧化钾。

12、优选地，所述第二溶剂选自异丙醇。

13、优选地，所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮。

14、优选地，所述铜源、碱性物质、第二溶剂、分散剂和水合肼溶液的比例为0.1mmol:(0.08～0.15)mmol:(25～40)ml:(0.0015～0.0025)mmol:(250～300)μl。

15、优选地，首先将铜源和碱性物质分别与第二溶剂混合后，得到铜源溶液和碱性物质溶液，然后再将铜源溶液、碱性物质溶液、分散剂和第二还原剂混合并反应，得到cu2o。

16、优选地，所述钴源选自co(no3)2·3h2o和/或cocl2·6h2o。

17、优选地，所述第一溶剂选自水。

18、优选地，所述第一还原剂选自硼氢化钠和/或硼氢化钾。

19、优选地，所述硒源选自硒粉。

20、优选地，所述cu2o、钴源、第一溶剂、第一还原剂和硒源的比例为0.05mmol:(0.08～0.15)mmol:(1.5～4)ml:(0.08～0.15)mmol:(0.08～0.15)mmol。

21、第三方面，本发明提供一种光催化剂，包括上述技术方案中涉及的异质结纳米颗粒。

22、第四方面，本发明还提供根据上述光催化剂在空气净化、水净化或光催化治疗中的应用。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明提供的异质结纳米颗粒，由cuse和cose2组成，为中空的类似纳米花状的结构，具有良好的单分散性。所述异质结纳米颗粒由于其独特的花状结构，使其具有较大的比表面积和活性位点，因此可以在可见及近红外区域均显示出很好的吸收，进而在808nm近红外光照下具有明显的光热效果，并显示出较高的光热转换效率(64.7％)。同时，cuse和cose2组成的异质结，使得电子-空穴对分离效率显著提高，更多的电子和空穴转移到材料表面，相较于带隙较窄的cuse，在光激活生成活性氧的氧化还原反应中具有很强的提升效果。所述异质结纳米颗粒可用于制备光催化剂，应用于空气净化、水净化或光催化治疗等领域。

技术特征：

1.一种异质结纳米颗粒，其特征在于，由cuse和cose2组成；

2.一种异质结纳米颗粒，其特征在于，平均粒径尺寸为70～90nm。

3.一种异质结纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述cu2o由以下方法制备得到：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二还原剂为水合肼溶液；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜源、碱性物质、第二溶剂、分散剂和水合肼溶液的比例为0.1mmol:(0.08～0.15)mmol:(25～40)ml:(0.0015～0.0025)mmol:(250～300)μl。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，首先将铜源和碱性物质分别与第二溶剂混合后，得到铜源溶液和碱性物质溶液，然后再将铜源溶液、碱性物质溶液、分散剂和第二还原剂混合并反应，得到cu2o。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴源选自co(no3)2·3h2o和/或cocl2·6h2o；

9.一种光催化剂，其特征在于，包括权利要求1或2所述的异质结纳米颗粒或根据权利要求3～8中任一项所述的制备方法制备得到的异质结纳米颗粒。

10.根据权利要求9所述的光催化剂在空气净化、水净化或光催化治疗中的应用。

技术总结
本发明提供了一种异质结纳米颗粒、其制备方法及应用。所述异质结纳米颗粒由CuSe和CoSe<subgt;2</subgt;组成，为中空纳米球结构，所述中空纳米球表面有纳米棒和纳米片。本发明提供异质结纳米颗粒，以Cu<subgt;2</subgt;O为模板，通过与钴源和Se<supgt;2‑</supgt;溶液混合，反应后得到异质结纳米颗粒，其具有较大的比表面积和活性位点，光热转换效率可达到64.7％。同时，其电子‑空穴对分离效率显著提高，相较于的单一CuSe，在光激活生成活性氧的氧化还原反应中具有很强的提升效果。所述异质结纳米颗粒可用于制备光催化剂，应用于空气净化、水净化或光催化治疗等领域。

技术研发人员：林君,杨春征,马平安
受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12