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专利号: 2015110027999
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般的物理或化学的方法或装置
更新日期:2023-10-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种以单晶硅为载体的消反射双层P/N异质结的层级复合材料,是以硅(Si)、二氧化钛(TiO2)和聚吡咯(PPy)层级有序组成,即Si/TiO2/PPy层级复合材料,Si是P(100)型单晶硅;TiO2是金红石相的TiO2纳米棒,为N型半导体,四棱柱形状,高度为500~4000nm,直径为

40~250nm,有序垂直生长在单晶硅表面;PPy是聚吡咯纳米粒子,为P型半导体,粒径为10~

60nm,均匀生长在TiO2纳米棒表面。Si/TiO2/PPy层级复合材料中的Si与TiO2界面、TiO2与PPy界面形成双P/N异质结,可以高效分离光生电荷,同时具有仿生昆虫复眼结构,可以有效降低入射光在表面的反射率。

2.一种制备如权利要求1所述的以单晶硅为载体的消反射双层P/N异质结层级复合材料的制备方法,其特征是,包括以下步骤:(1)首先对硅片进行亲水处理,在其表面生长TiO2晶种,并置于马弗炉内煅烧一段时间后自然冷却;

(2)然后将步骤(1)中所得到的表面附有TiO2晶种的硅片置于反应釜中,采用水热合成的方法在硅片表面生长TiO2纳米棒;

(3)最后在步骤(2)中得到的TiO2纳米棒上沉积PPy纳米粒子,得到Si/TiO2/PPy层级复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的亲水处理操作为将硅片置于NH3H2O、H2O2和H2O的混合溶液中,体积比为1:1:5,温度为90℃,加热时间30min。

4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的生长TiO2晶种条件为将亲水处理后的硅片浸于浓度为0.05~1mol/L的钛酸四丁酯的异丙醇溶液中进行提拉或旋涂,提拉的速度是1~10mm/s,重复提拉5~30次,旋涂的速度为500~7000转/min,最后将上述样品在450~500℃马弗炉中煅烧约30~60min。

5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的水热合成条件为80~

200℃的温度下,在装有10~20mL去离子水、6~17mL浓盐酸(质量分数37%)和0.5~5mL钛酸四丁酯的反应釜中处理2~19h,然后取出样品用氮气吹干。

6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述的在TiO2纳米棒上沉积PPy纳米粒子,是指利用原位氧化法在TiO2纳米棒上沉积PPy导电高分子颗粒,反应条件为:将0.01~0.06g的FeCl3、50~150uL吡咯、5~10mL超纯水置于烧杯中,构成反应溶液。将面积为1.5cm×1.0cm的表面生长有TiO2纳米棒的硅片置于反应液中,保持室温下搅拌10~

60min,得到Si/TiO2/PPy层级复合材料。

7.如权利要求1所述一种单晶硅为载体的消反射双层P/N异质结的层级复合材料的应用,该层级复合材料用作光催化降解有机污染物的应用,将1.5cm×1.0cm面积的Si/TiO2/PPy层级复合材料放置于5mL的亚甲基蓝溶液,浓度为1.0×10-5mol/L,然后将其置于暗处1h让其达到吸附-解吸平衡,之后用光源对溶液进行光照,对亚甲基蓝进行降解。同时,该种复合材料并不局限于应用在光催化降解有机污染物,也适合于其他光催化领域,及光电转化器件、太阳能电池等领域。