[发明专利]一种半导体光敏感复合材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种半导体复合材料，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C₃N₄‑CdS复合材料层。本发明向TiO₂上掺杂C₃N₄和CdS，从而加强其光催化的能力。通过测样发现TiN‑C₃N₄‑CdS的半导体复合材料,比传统的TiO₂材料的光电响应提高了5倍以上。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种半导体复合材料及其制备方法以及应用。

背景技术

从上世纪开始，由于人们广泛的利用矿物燃烧来发电，工业化的快速发展和人口膨胀，导致了能源短缺、生态破坏和环境污染3个全球性问题，目前人们迫切的需要一种可再生、无污染、普遍性的能源。如何对太阳能进行有效的利用逐渐成为科研人员的研究热点。目前，普遍生产太阳能电池的技术中所需要的材料主要有硅、非晶体硅、硫化镉、铜铟硒、碲化镉、砷化镓等。纳米级的TiO₂在能源、环境、化学传感器等领域有着很大的应用前景。这跟它具有高的光电转换效率、高的催化活性、持久的耐光腐蚀性。而TiO₂纳米管阵列(TNTAs)的结构有序、比表面积高和尺寸可调控。使其表达出的光催化性能和光电转化效率都很高。可是TiO₂的禁带较宽，对可见光的吸收有限，这就影响了其在光催化领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种半导体复合材料及其制备方法以及应用，本发明提供半导体复合材料，对TiO2禁带宽度进行调节，使光电响显著提高。

本发明提供了一种半导体复合材料，包括TiN纳米管阵列基底以及复合于所述基底表面的C₃N₄-CdS复合材料层。

优选的，所述TiN、C₃N₄和CdS的质量比为1:1：(0.01～0.03)。

优选的，在所述C₃N₄-CdS复合材料层表面还复合有硫化锌钝化层。

本发明还提供了一种上述半导体复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将TiN纳米管阵列基底置于胺类前驱体水溶液中浸泡后置于氮气气氛中退火，在TiN纳米管阵列基底表面形成一层C₃N₄薄膜；

B)通过SILAR法将硫化镉量子点沉积C₃N₄薄膜表面，得到半导体复合材料。

优选的，所述TiN纳米管阵列基底的制备方法为：

1)将清洗干净的钛片作为工作电极夹到钛丝上，不锈钢片为对电极夹到铜丝上，氟化铵的乙二醇水溶液为电解液，使用可编程直流电源阳极氧化钛片后进行退火，得到TiO₂纳米管阵列；

2)将所述TiO₂纳米管阵列置于氨气气氛中进行梯度式升温退火处理，得到TiN纳米管阵列基底。

优选的，步骤1)中，所述阳极氧化的电压为60～65V，阳极氧化的时间为30～45min，温度为27～28℃；

步骤1)中，所述退火的温度为400～450℃，退火的时间为3～5h；

步骤2)中，所述梯度式升温退火处理的升温程序为：

第一阶段：由室温升到600℃保温1～2h；

第二阶段：600℃升到800℃保温2～3h。

优选的，步骤A)中，所述胺类前驱体水溶液选自单氰胺水溶液、双氰胺水溶液或三聚氰胺水溶液；