一种ZnO/ZnSe/Ag纳米复合材料的制备方法

本发明涉及纳米光电子材料领域，更具体地说，特别涉及一种zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法。

背景技术：

1、氧化物半导体材料的光电特性自研究以来备受广大研究者的青睐，不仅在理论上有许多文献资料证明其具有独特的光电性能，而且，在大量的实验研究中，得到的许多结论也证实了半导体氧化物在光电化学领域的潜在应用。光电化学(pec)在光电探测、光电传感、半导体生物传感等方面一直是研究的热点。zno作为紫外探测器件常用的宽带隙氧化物半导体材料(eg＝3.37ev)，对紫外光具有良好的响应，但紫外光只占太阳光谱的5％左右，这使得zno材料对光的利用率极低，限制了其对可见光的区域的利用，而异质结可拓宽其对太阳光谱的利用。由于p-n结存在内置电场，可实现电子和空穴的有效分离，因此，p-n结常被用于pec的研究。而硒化锌(znse)是一种重要的ⅱ-ⅵ族直接带隙半导体，禁带宽度为2.7ev，其在光电探测、光伏器件以及发光器件等方面具有重要应用。除了半导体耦合成异质结外，贵金属表面沉积、表面敏化、量子点修饰、金属离子掺杂等方法也可拓宽材料的光电响应性能。贵金属纳米金属颗粒的局域表面等离子体共振在很多方面引起了注意，可以很好的提高光捕获的能力，这样的特性对于提高纳米结构的光电子器件的性能非常重要，使纳米颗粒在光捕获和吸收方面拥有较大的优势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、对fto衬底进行清洗处理；

5、s2、在fto衬底上旋涂zno籽晶层；

6、s3、通过水热法生长zno纳米棒阵列；

7、s4、通过化学气相沉积法制备zno/znse核壳异质结；

8、s5、制备zno/znse/ag纳米复合材料。

9、进一步地，所述步骤s1具体为：先用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗fto衬底，再放通风橱干燥，将干燥后的fto导电玻璃用等离子机再清洗，取出待用。

10、进一步地，所述步骤s2具体为：配置4～6mmol/l醋酸锌溶液，用胶头滴管取醋酸锌溶液滴在清洗干净的fto衬底上，以低速500r旋涂10s、高速3000r旋涂15s，放60℃加热板上干燥，重复2～3次，得到zno籽晶层，再将上述产物在300℃高温下煅烧20min。

11、进一步地，所述步骤s3具体为：配置0.04～0.06mmol/l的六水合硝酸锌溶液与六次甲基四胺溶液作为前驱体溶液，将附着有zno籽晶层的fto导电玻璃置于前驱体溶液中反应3～4小时，取出fto用去离子水缓慢冲洗，晾干后再重复生长过程2～3次，得到zno纳米棒阵列，再将zno纳米棒在300℃、惰性气体氩气下退火30min，冷却待用。

12、进一步地，所述步骤s4具体为：将zno纳米棒放在石英舟中置于化学气相沉积反应炉子的石英管一端，装有se粉的石英舟置于石英管的另一端，密封好石英管后，通入气流量500sccm左右的氩气，清洗管道10min，保证氩气先通过se粉，再通过zno纳米棒，装有zno纳米棒的石英舟所在区域温度设置为400℃，装有se粉的石英舟所在区域温度设置为270℃，硒化时间设置为10min，管道清洗后，通入比例为95:5的氩气和氢气，待温度升高进行反应，冷却后取出，得到产物zno/znse核壳异质结。

13、进一步地，所述步骤s5具体为：将银纳米颗粒溶液在10000转速度下离心5min，用移液枪取下层溶液滴在zno/znse核壳异质结上，施加外力使得ag离子分散在zno/znse核壳异质结上，最终制备出zno/znse/ag纳米复合材料。

14、进一步地，所述步骤s5后还包括：

15、s6、zno/znse/ag纳米复合材料光电化学性能测试。

16、进一步地，所述步骤s6具体为：将制备好的zno/znse/ag纳米复合材料作为电化学工作站三电极系统的工作电极，光源采用波长范围为430～720nm的led白光光源，将ag/agcl电极作为参比电极，铂电极作为对电极，测试zno/znse/ag材料的光电流、暗电流、瞬态响应，最终比较电极的光电性能。

17、进一步地，所述zno纳米棒的长度为6.4um。

18、进一步地，所述光电流的最大值为673.7ma/cm-2，响应时间为1.803ms。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的一种zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，利用原位合成异质结，表面负载金属颗粒，制备工艺流程简单、可重复性高、成本低，并且zno/znse/ag纳米复合材料在光电化学领域有很好的优势，在光强为100mw/cm2时、外加偏置电压为0.8v时，zno/znse/ag材料的光电流密度是单纯zno材料的24倍，高达257.6ua/cm2。

技术特征：

1.一种zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：先用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗fto衬底，再放通风橱干燥，将干燥后的fto导电玻璃用等离子机再清洗，取出待用。

3.根据权利要求1所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：配置4～6mmol/l醋酸锌溶液，用胶头滴管取醋酸锌溶液滴在清洗干净的fto衬底上，以低速500r旋涂10s、高速3000r旋涂15s，放60℃加热板上干燥，重复2～3次，得到zno籽晶层，再将上述产物在300℃高温下煅烧20min。

4.根据权利要求1所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：配置0.04～0.06mmol/l的六水合硝酸锌溶液与六次甲基四胺溶液作为前驱体溶液，将附着有zno籽晶层的fto导电玻璃置于前驱体溶液中反应3～4小时，取出fto用去离子水缓慢冲洗，晾干后再重复生长过程2～3次，得到zno纳米棒阵列，再将zno纳米棒在300℃、惰性气体氩气下退火30min，冷却待用。

5.根据权利要求1所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：将zno纳米棒放在石英舟中置于化学气相沉积反应炉子的石英管一端，装有se粉的石英舟置于石英管的另一端，密封好石英管后，通入气流量500sccm左右的氩气，清洗管道10min，保证氩气先通过se粉，再通过zno纳米棒，装有zno纳米棒的石英舟所在区域温度设置为400℃，装有se粉的石英舟所在区域温度设置为270℃，硒化时间设置为10min，管道清洗后，通入比例为95:5的氩气和氢气，待温度升高进行反应，冷却后取出，得到产物zno/znse核壳异质结。

6.根据权利要求1所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s5具体为：将银纳米颗粒溶液在10000转速度下离心5min，用移液枪取下层溶液滴在zno/znse核壳异质结上，施加外力使得ag离子分散在zno/znse核壳异质结上，最终制备出zno/znse/ag纳米复合材料。

7.根据权利要求1所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s5后还包括：

8.根据权利要求7所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s6具体为：将制备好的最终产物zno/znse/ag纳米复合材料作为电化学工作站三电极系统的工作电极，光源采用波长范围为430～720nm的led白光光源，将ag/agcl电极作为参比电极，铂电极作为对电极，测试zno/znse/ag材料的光电流、暗电流、瞬态响应，同上述条件，对zno纳米棒与zno/znse核壳异质结进行光电化学测试，最终比较电极的光电性能。

9.根据权利要求4所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述zno纳米棒的长度为6.4um。

10.根据权利要求8所述的zno/znse/ag纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述光电流的最大值为673.7ma/cm-2，响应时间为1.803ms。

技术总结
本发明公开了一种ZnO/ZnSe/Ag纳米复合材料的制备方法，包括：S1、对FTO衬底进行清洗处理；S2、在FTO衬底上旋涂ZnO籽晶层；S3、通过水热法生长ZnO纳米棒阵列；S4、通过化学气相沉积法制备ZnO/ZnSe核壳异质结；S5、制备ZnO/ZnSe/Ag纳米复合材料。本发明利用原位合成异质结，表面负载金属颗粒，制备工艺流程简单、可重复性高、成本低，并且ZnO/ZnSe/Ag纳米复合材料在光电化学领域有很好的优势，在光强为100mW/cm<supgt;2</supgt;时、外加偏置电压为0.8V时，ZnO/ZnSe/Ag材料的光电流密度是单纯ZnO材料的24倍，高达257.6uA/cm<supgt;2</supgt;。

技术研发人员：彭嘉隆,吴茴,朱志宏,张检发,郭楚才,刘肯,徐威,杨镖,袁晓东
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14