一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料的制备方法及其应用与流程

本申请涉及纳米氧化锌复合材料制备，更具体地说，它涉及一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、基于硅基的半导体材料禁带窄，会大量吸收可见光，在制备时需要消除可见光的干扰，灵敏度较差，其应用受到了极大的限制。这类半导体氧化锌由于原料丰富廉价，制备相对简单，化学性能稳定，因而在半导体紫外探测器材料领域中被广泛研究，且这类半导体几乎不吸收可见光，抗干扰能力强，耐高温，因而成为了紫外光电探测器的理想材料。

2、纳米氧化锌是少数几种可实现量子尺寸效应的氧化物半导体材料之一，是较理想的半导体催化材料，可被广泛应用于太阳能电池、液晶显示、表面声波器件、压敏器件、气敏传感器等，但其存在带隙较宽、光吸收只限于紫外光区、对太阳光的利用率低且量子产率低的问题。

3、目前已有的技术方案为以纳米氧化锌为载体，制备稀土铈离子掺杂纳米氧化锌复合粉体(ce4+/zno)并有效提高了光催化效率。

4、现有纳米氧化锌材料用于光电检测存在带隙较宽、光吸收只限于紫外光区、对太阳光的利用率低且量子产率低的问题，修饰稀土铈离子的方法较为繁琐，成本较高，不易量产，本发明旨在提供一种稀土修饰的纳米氧化锌复合层制备方法，具体是在冠状纳米氧化锌微管阵列的基础上修饰稀土元素，这种方法具有更好的光电催化性能。

技术实现思路

1、本公开提供了一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料的制备方法及其应用，该制备方法具体是在冠状纳米氧化锌微管阵列的基础上修饰稀土元素，这种方法具有更好的光电催化性能。

2、第一方面，本公开提供一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料，通过原子层沉积技术修饰稀土氧化物薄膜，采用磁控溅射法制得稀土氧化物薄膜，再通过在所述稀土氧化物薄膜置入混合液中进行水热反应，采用等离子体蚀刻得到冠状纳米稀土氧化物结构，采用电沉积法制得修饰冠状纳米稀土氧化物复合层结构。

3、优选的，所述稀土氧化物薄膜的厚度为10-15nm，所述水热反应的时间为120-180min。

4、优选的，所述稀土氧化物包括氧化铈、氧化钕和氧化锌。

5、第二方面，本公开提供一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料的制备方法，包括以下步骤：

6、s1：氧化锌薄膜制备：在基底表面用原子层沉积技术修饰一层氧化锌薄膜，具体用二乙基锌和水作为前驱体源，氮气作为吹扫气体和载流体，首先通入二乙基锌前躯体60-80ms，然后通入吹扫气体氮气20s，最后通入水蒸气60-80ms，让基底表面吸附的二乙基锌与水蒸气反应生成氧化锌，重复过程1000次；采用磁控溅射法在基底表面溅射一层氧化锌薄膜；

7、s2：冠状纳米氧化锌制备：将修饰有氧化锌薄膜的基底置入硫酸锌和六亚甲基四胺混合液中进行水热反应，之后采用等离子体蚀刻，具体以ar/o2混合气体作为蚀刻气体，得到冠状纳米氧化锌结构；

8、s3：稀土修饰纳米氧化锌复合层的制备：采用电沉积法，所述修饰有冠状纳米氧化锌的基底为工作电极，铂片为辅助电极，ag/agcl电极为参比电极；氧化镧沉积溶液为硝酸镧溶液，电流密度为0.10-0.20asd，电沉积时间为10-15min，获得修饰有氧化镧的冠状纳米氧化锌复合层结构。

9、优选的，所述步骤s1中，所述二乙基锌与水蒸气反应的温度为125-130℃。

10、优选的，所述步骤s2中，所述硫酸锌和六亚甲基四胺混合液的浓度为0.02m，所述蚀刻时间为5-10min，蚀刻功率为100-120w。

11、优选的，所述步骤s3中，所述硝酸镧溶液的浓度为5～15mm。

12、优选的，所述稀土氧化物粒子均匀分布于冠状结构表面，所述稀土氧化物粒子的粒径为5-10nm。

13、优选的，所述氧化铈的电沉积反应条件为：采用15-30mm硝酸铈为沉积溶液，电流密度为0.10asd，电沉积时间为20min。

14、第三方面，本公开提供一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料的应用，所述复合层材料作为氧化物半导体材料，应用于太阳能电池。

15、综上所述，本申请具有以下有益效果：

16、1、由于本申请在冠状纳米氧化锌结构上修饰稀土氧化物的制备方法，在冠状结构提供的极大比表面积基础上，稀土氧化物纳米粒子大大增加了活性位点与催化性能，大幅提升了整体结构的光催化性能；

17、2、本申请中提供了一种方法，可重复、可调控的稀土修饰冠状纳米氧化锌复合结构的方法，制备方法稳定易行，可用于规模化生产；

18、3、本申请制备的稀土修饰冠状纳米氧化锌复合结构具有优秀的光催化性能。

19、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。

技术特征：

1.一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料，其特征在于，包括基底和氧化物薄膜，通过在所述基底表面采用原子层沉积制得所述氧化物薄膜，再通过所述氧化物薄膜采用等离子体蚀刻制得冠状纳米氧化锌结构，最后通过采用电沉积法制得复合层材料；

2.根据权利要求1所述的复合层材料，其特征在于，先制备冠状纳米氧化锌复合层，再通过原子层沉积技术修饰氧化物薄膜，采用磁控溅射法制得氧化物薄膜，再通过将所述氧化物薄膜置入混合液中进行水热反应，采用等离子体蚀刻得到冠状纳米氧化物结构，采用电沉积法制得修饰冠状纳米氧化物复合层结构。

3.根据权利要求1-2任意一项所述复合层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的复合层材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述硝酸镧溶液的浓度为5～15mm。

5.根据权利要求3所述的复合层材料的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物粒子均匀分布于冠状结构表面，所述稀土氧化物粒子的粒径为5-10nm。

6.根据权利要求3所述的复合层材料的制备方法，其特征在于，所述氧化铈的电沉积反应条件为：采用15-30mm硝酸铈为沉积溶液，电流密度为0.10asd，电沉积时间为20min。

7.根据权利要求1-6任意一项制得的所述复合层材料的应用，其特征在于，所述复合层材料作为氧化物半导体材料，应用于太阳能电池。

技术总结
本申请涉及纳米氧化锌复合材料领域，更具体地说，它涉及一种稀土修饰纳米氧化锌的复合层材料的制备方法及其应用。通过原子层沉积技术修饰稀土氧化物薄膜，采用磁控溅射法制得稀土氧化物薄膜，再通过在所述稀土氧化物薄膜置入混合液中进行水热反应，采用等离子体蚀刻得到冠状纳米稀土氧化物结构，采用电沉积法制得稀土修饰冠状纳米氧化物复合层结构。该制备方法具体是在冠状纳米氧化锌微管阵列的基础上修饰稀土元素，这种方法具有更好的光电催化性能。

技术研发人员：邱传兵,奚亚男
受保护的技术使用者：广州得泰仪器科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/18