復合半導體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合半導體的制備方法。
[0002]隨著近年社會發(fā)展涌現(xiàn)的問題，環(huán)境和能源問題成為不可避免的亟需解決的問題。解決環(huán)境和能源問題中的一個共同出發(fā)點是解決現(xiàn)有的環(huán)境污染問題，發(fā)展清潔可替代能源。自從1972年日本科學家Fujishima發(fā)現(xiàn)T12半導體表面的光電催化分解產生氫氣和氧氣的現(xiàn)象，關于半導體作為光催化劑的研宄一直在持續(xù)受到高度關注。光催化劑在光解水制氫、降解有機污染物、CO2光還原等領域的應用研宄都得到了極大發(fā)展。
[0003]ZnFe2O4半導體作為光催化劑，禁帶寬度較窄，約為1.9eV，電子-空穴對能在大于420nm的可見光下即可受激發(fā)分離，在光誘導電子傳輸、光電化學電池和光化學產氫等方面有廣泛應用；它對可見光的利用率很高，40%太陽光可被利用；另外，它在弱酸性或堿性條件下化學性質和光電化學性質穩(wěn)定。但由于ZnFe2O4半導體電子空穴復合幾率大，需對其進行改性以提高光催化性能。幾十年來將其應用于光催化分解水以及分解有機污染物的研宄吸引了廣大科技工作者的關注與研宄。
[0004]催化劑的形貌和尺寸對其性能有很大影響近年來關于分層多級結構的研宄已深入到催化領域。樹枝狀結構是分層多級結構中的一種，它是由一個主干和多個樹枝組成的結構。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有ZnFe2O4半導體電子空穴復合幾率大，光催化性能低的問題，而提供一種枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的制備方法。
[0006]一種枝狀結構ZnFe2O4與T12復合半導體的制備方法，具體是按以下步驟完成的:
[0007]—、取一套帶有陰離子選擇透過膜的反應器:帶有陰離子選擇透過膜的反應器由直流電源(I)、導線(2)、反應槽(3)、銅絲(4)、不銹鋼環(huán)形電極(5)、圓筒狀陰離子選擇透過膜⑶組成；
[0008]所述的不銹鋼環(huán)形電極(5)設置在反應槽(3)中；圓筒狀陰離子選擇透過膜(6)設置在不銹鋼環(huán)形電極(5)中；銅絲(4)設置在陰離子選擇透過膜(6)中；直流電源(I)的正極通過導線(2)與不銹鋼環(huán)形電極(5)相連接；直流電源(I)的負極通過導線(2)與銅絲⑷相連接；
[0009]二、配制陰極電解液:將FeSOdP ZnSO^摩爾比13:7溶解到質量分數(shù)為2%?10 %的乙醇溶液中，得到陰極電解液；
[0010]步驟二中所述的陰極電解液中金屬離子的濃度為lmol/L?3mol/L ；
[0011]三、配制陽極電解液:將質量分數(shù)為96%?98%的濃硫酸加入到蒸餾水中稀釋為物質的量濃度為0.8mol/L?2mol/L的稀硫酸，得到陽極電解液；
[0012]四、制備合金粉體:①、首先將陽極電解液置于反應槽⑶中，再將不銹鋼環(huán)形電極(5)放置于反應槽(3)中，直流電源(I)的正極通過導線(2)與不銹鋼環(huán)形電極(5)相連接，作為陽極；
[0013]②、將陰極電解液置于圓筒狀陰離子選擇透過膜(6)中，再將銅絲(4)放置于在陰離子選擇透過膜出)中，且直流電源(I)的負極通過導線(2)與銅絲(4)相連接，作為負極；
[0014]③、在陰極的表面電流密度為lOA/cm2?70A/cm2和電解液的溫度為20°C?40°C下進行反應，每間隔5s?30s停止反應，取出銅絲(4)，收集銅絲(4)上制得的合金粉體，再將銅絲(4)放入陰離子選擇透過膜￠)中繼續(xù)反應；直至陰極電極上出現(xiàn)凹孔，停止反應，得到收集的合金粉體；
[0015]五、真空干燥:分別使用去離子水和無水乙醇對收集的合金粉體進行洗滌2次?5次，得到清洗后的合金粉體；將清洗后的合金粉體放入溫度為40°C?70°C的真空干燥箱中真空干燥Ih?4h，得到干燥后的合金粉體；
[0016]六、燒結:將干燥后的合金粉體在管式爐中進行燒結，燒結溫度為250°C?400°C，燒結時間為Ih?4h，得到枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末；
[0017]七、將枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末加入到無水乙醇中，然后加入去離子水，再加入冰乙酸，再超聲分散20min?40min，再以15滴/min?40滴/min的滴加速度滴入鈦酸丁醋和無水乙醇的混合溶液，再在攪拌速度為100r/min?1000r/min下攪拌Ih?6h，得到溶膠；
[0018]步驟七中所述的枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末的物質的量與無水乙醇的體積比為(0.00004mol ?0.0Olmol):1mL ；
[0019]步驟七中所述的去離子水與無水乙醇的體積比為(0.04?1.2):1 ;
[0020]步驟七中所述的冰乙酸與無水乙醇的體積比為(0.02?I):1 ;
[0021]步驟七中所述的鈦酸丁酯和無水乙醇的混合溶液中鈦酸丁酯與無水乙醇的體積比為(0.065 ?2.4):1 ;
[0022]步驟七中所述的鈦酸丁酯和無水乙醇的混合溶液與無水乙醇的體積比為(0.04 ?1.2):1 ;
[0023]八、使用無水乙醇對步驟七中得到的溶膠清洗2次?5次，得到清洗后的溶膠，再將清洗后的溶膠放入溫度為60°C?110°C的鼓風干燥箱中干燥4h?12h，得到凝膠；
[0024]九、將步驟八得到的凝膠在溫度為250°C?550°C的管式爐中和空氣氣氛的條件下燒結0.5h?3h，得到枝狀結構ZnFe2O4與T12復合半導體。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0026]一、本發(fā)明是結合枝狀結構ZnFe2O4半導體與T1 2半導體的優(yōu)勢，利用溶膠-凝膠的方法將T12半導體與枝狀結構ZnFe 204半導體復合；利用已制備的枝狀結構，通過變化前驅體鈦酸丁酯的加入量，再使用溶膠凝膠方法制備枝狀結構的復合結構以改善其光催化性會K ;
[0027]二、本發(fā)明制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的催化產氫量與枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末的催化產氫量相比，提高了 15%?20%。
[0028]本發(fā)明可獲得一種枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的制備方法。
【附圖說明】
[0029]圖1為枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末的SEM圖；
[0030]圖2為試驗一制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的SEM圖；
[0031]圖3為試驗二制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的SEM圖；
[0032]圖4為試驗三制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的SEM圖；
[0033]圖5為試驗四制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的SEM圖；
[0034]圖6為試驗五制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的SEM圖；
[0035]圖7為XRD圖，圖7中I為枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末的XRD圖，2為試驗一制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的XRD圖，3為試驗二制備的枝狀結構ZnFe 204與T12復合半導體的XRD圖，4為試驗三制備的枝狀結構ZnFe 204與T12復合半導體的XRD圖，5為試驗四制備的枝狀結構ZnFe2O4與T12復合半導體的XRD圖，6為試驗五制備的枝狀結構ZnFe2O4與T12復合半導體的XRD圖，?為銳鈦礦型T12, ?為金紅石型T12;
[0036]圖8為樣品的產氫量圖，圖8中I為枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末的產氫量圖，2為為試驗一制備的枝狀結構ZnFe2O4與T12復合半導體的產氫量圖，3為試驗三制備的枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的產氫量圖；
[0037]圖9為帶有陰離子選擇透過膜的反應器的結構示意圖，圖9中I為直流電源，2為導線，3為反應槽，4為銅絲，5為不銹鋼環(huán)形電極，6為圓筒狀陰離子選擇透過膜。
【具體實施方式】
[0038]【具體實施方式】一:本實施方式是一種枝狀結構ZnFe2O4與T1 2復合半導體的制備方法，具體是按以下步驟完成的:
[0039]一、取一套帶有陰離子選擇透過膜的反應器:帶有陰離子選擇透過膜的反應器由直流電源(I)、導線(2)、反應槽(3)、銅絲(4)、不銹鋼環(huán)形電極(5)、圓筒狀陰離子選擇透過膜⑶組成；
[0040]所述的不銹鋼環(huán)形電極(5)設置在反應槽(3)中；圓筒狀陰離子選擇透過膜(6)設置在不銹鋼環(huán)形電極(5)中；銅絲(4)設置在陰離子選擇透過膜(6)中；直流電源(I)的正極通過導線(2)與不銹鋼環(huán)形電極(5)相連接；直流電源(I)的負極通過導線(2)與銅絲⑷相連接；
[0041]二、配制陰極電解液JfFeSOJP ZnSO 4按摩爾比13:7溶解到質量分數(shù)為2%?10 %的乙醇溶液中，得到陰極電解液；
[0042]步驟二中所述的陰極電解液中金屬離子的濃度為lmol/L?3mol/L ；
[0043]三、配制陽極電解液:將質量分數(shù)為96%?98%的濃硫酸加入到蒸餾水中稀釋為物質的量濃度為0.8mol/L?2mol/L的稀硫酸，得到陽極電解液；
[0044]四、制備合金粉體:①、首先將陽極電解液置于反應槽(3)中，再將不銹鋼環(huán)形電極(5)放置于反應槽(3)中，直流電源(I)的正極通過導線(2)與不銹鋼環(huán)形電極(5)相連接，作為陽極；
[0045]②、將陰極電解液置于圓筒狀陰離子選擇透過膜(6)中，再將銅絲(4)放置于在陰離子選擇透過膜出)中，且直流電源(I)的負極通過導線(2)與銅絲(4)相連接，作為負極；
[0046]③、在陰極的表面電流密度為lOA/cm2?70A/cm2和電解液的溫度為20°C?40°C下進行反應，每間隔5s?30s停止反應，取出銅絲(4)，收集銅絲(4)上制得的合金粉體，再將銅絲(4)放入陰離子選擇透過膜￠)中繼續(xù)反應；直至陰極電極上出現(xiàn)凹孔，停止反應，得到收集的合金粉體；
[0047]五、真空干燥:分別使用去離子水和無水乙醇對收集的合金粉體進行洗滌2次?5次，得到清洗后的合金粉體；將清洗后的合金粉體放入溫度為40°C?70°C的真空干燥箱中真空干燥Ih?4h，得到干燥后的合金粉體；
[0048]六、燒結:將干燥后的合金粉體在管式爐中進行燒結，燒結溫度為250°C?400°C，燒結時間為Ih?4h，得到枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末；
[0049]七、將枝狀結構ZnFe2O4半導體粉末加入到無水乙醇中，