[发明专利]一种异质结GeSe/TiO2

说明书

本文发明公开了一种异质结GeSe/TiO₂复合光催化剂及其制备方法，利用GeSe和TiO₂接触形成Ⅱ型异质结，能有效分离光生空穴和电子，从而延长其寿命，显著提高催化效能。所述光催化剂引入了GeSe，这种材料带隙相对TiO₂较小，能接受的有效光范围更广，有效提升了光能利用效率。所述光催化剂GeSe/TiO₂的反应机理为Z‑scheme，有效的分离了氧化活性位点和还原活性位点，从而提高了整体的光催化活性，使产氢量大大提高。

技术领域

本发明涉及一种使用类黑磷材料与二氧化钛复合光催化剂的制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

当今社会发展飞速，人类对于环境资源和能源的消耗也越来越大，传统的化石燃料，比如煤炭、石油、天然气等等依然占据着很大的比例，随着人类社会发展对能源需求呈指数增长的趋势，有限的化石燃料注定有枯竭的时候，据估算全球已探明的化石能源仅仅够人类几十年的发展。且随着传统化石燃料的消耗，不可以避免的产生了大量的污染物排放，这严重的破环了生态环境，也切实的影响到人类的生存和发展。

为了解决能源问题和传统能源带来的环境问题，人类急切的需要找到一种能替代传统化石燃料且环保的新型能源。氢气正是这样一种合适的新能源，其不光蕴含极高的能量密度，且燃烧后的生成物水并不会影响环境。近年来发展的光催化技术，是利用太阳能来进行环境净化和能源转化的技术。其中能源转化是利用光催化技术，将太阳光中的能量转化为能够利用的化学能，将水分解成具有高密度能量的氢气。

光催化技术的核心是高活性的光催化剂的制备以及反应机理的研究，目前应用的光催化剂主要是半导体催化剂。其核心原理是通过光照作用，半导体晶体内部能够吸收光子能量从而发生电子空穴分离，电子激发到导带上，在价带上留下空穴，导带中的电子具有很强的还原性，可以将水中的H⁺还原成氢气，而空穴可以和水分子反应，产生氧气和H⁺。

现在常用的半导体有很多种，如常见的TiO₂，ZnO，SnO₂等传统宽带隙半导体催化剂。其中TiO2是最具有代表性的的催化材料，但是TiO2自身的带隙宽，吸收的太阳光的利用效率相对较低，且其光生电子空穴对极易发生复合，这都极大的影响了TiO2的催化效率。

近几年来，新型半导体材料得到了长足的发展，出现了一系列的二维半导体材料，如石墨烯、磷烯、MoS₂等等，这些二维材料相比于传统的三维材料有着很多的优点。近期类黑磷材料得到了广泛的关注，这类材料具有和磷烯类似的特性，且相比于磷烯具有更好的稳定性能。本发明选用类黑磷材料GeSe和TiO2组合成Ⅱ型半导体光催化剂，这种光催化剂有效的提升了光利用率，降低了光生电子空穴对的复合效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种光催化剂及其制备方法。

技术方案：一种异质结GeSe/TiO₂复合光催化剂，类黑磷材料GeSe和TiO₂形成Ⅱ型异质结，GeSe的导带底高于TiO₂的导带底，且GeSe的导带底高于TiO₂的价带底。

为双层的GeSe材料，厚度在3-6nm之间。

所选用的TiO₂为锐钛矿结构。

催化机理为Z-scheme机理。

选用的材料GeSe为二维纳米材料。

一种所述的异质结GeSe/TiO₂复合光催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a.制备GeSe纳米片分散液：

b.预备TiO₂：