[发明专利]一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用，属于半导体纳米材料技术领域。本发明以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb₂O₅纳米棒阵列；然后采用原位聚合的方法制备导电高分子/Nb₂O₅异质结；所述原位聚合是在质子酸溶液体系中进行的，通过质子酸掺杂调控导电高分子的能带，获得更高质量的异质结型光电探测器。

技术领域

本发明涉及一种导电高分子/五氧化二铌异质结的制备方法及其应用，属于半导体纳米材料技术领域。

背景技术

低维半导体纳米结构的紫外光探测器是纳米材料领域研究的热点和重点，是由于其具有优异的物理和化学性质、光电转化活性高等优势，而且其高比表面积和大大减小的有效导电通道尺寸，通常比传统的薄膜紫外光电探测器具有更高的光灵敏性、选择性和稳定性等优点，对紫外光具有良好的响应性，但存在光电流较小、高暗电流或者较低的响应速度等缺陷。另外，由于表面陷阱态导致在纳米材料表面存在载流子耗尽层，使信号恢复时间较长。

五氧化二铌(Nb₂O₅)是n型半导体氧化物，禁带宽度为3.0～3.4e V,具有低毒性、导带和价带相差较大、良好的化学稳定性、热稳定性、较高的电子转移率以及高的光催化活性等优点，吸引了很多研究者们的关注，被广泛的应用到诸如气体传感、催化、电致变色等相关领域。基于单根Nb₂O₅纳米带和中空纳米球形貌结构的探测器已有报道，但是光电性能不理想逊色于ZnO、ZnS和SnO₂等，所以Nb₂O₅作为紫外光探测器仍处于起步阶段，存在光电流小和恢复时间长的问题，急需新型异质结结构提高光电性能。

肖特基势垒(Schottky)、pn结和异质结的光伏效应是解决以上问题的有效途径。目前，报道较多的是无机半导体异质结纳米结构如ZnO/ZnS纳米带、ZnO/ZnSe壳核结构纳米线阵列、GaP/ZnS同轴纳米线和ZnO-Ga₂O₃核壳结构微米线等，均为n-n型异质结，这是由于无机半导体材料的p型掺杂还相对困难，满足能带匹配的要求构成pn结且紫外光灵敏度高的p型无机半导体较少。有机半导体成为了无机半导体强有力的替代者，其中p型导电高分子(聚苯胺PANI，聚吡咯PPy和聚噻吩PEDOT/P₃HT)受到研究者的青睐，主要依赖于其质轻、柔性、易合成、可大面积低成本制备等优点以及类似于金属或半导体的独特电子和光学性能。如PANI/MgZnO、PANI/TiO₂的pn结型全固态自驱动日盲紫外探测器以及导电高分子/Se微米管的异质结基自驱动紫外-可见光电探测器，证明可以用于构筑有机/无机半导体异质结，实现自驱动和高性能的紫外光探测器。但是，采用通常直接混合或者中性溶液中制备导电高分子异质结，导致其丧失导电性甚至吸收峰的位置改变影响本质能级结构，进而无法能级匹配来保证异质结质量以及器件性能。

发明内容

为了解决本发明所要解决的技术问题，本发明以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb₂O₅纳米棒阵列，采用原位聚合的方法制备核壳型导电高分子/Nb₂O₅异质结阵列，通过质子酸掺杂调控导电高分子的能带，获得更高质量的异质结型光电探测器。

本发明的第一个目的是提供一种导电高分子/Nb₂O₅异质结的制备方法，所述方法是以铌箔作为前驱体，水热法制备Nb₂O₅纳米棒阵列；然后采用原位聚合的方法制备导电高分子/Nb₂O₅异质结；所述原位聚合是在质子酸溶液体系中进行的。其中，质子酸作为H⁺掺杂调控导电高分子的能带，以获得更高质量的异质结型光电探测器。

在本发明一种实施方式中，所述导电高分子为聚苯胺、聚吡咯或者聚噻吩。