【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于光催化，具體涉及一種cds薄膜材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、光伏材料是收集太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)變成電能的清潔能源材料，光伏材料既有電子材料的穩(wěn)定性，又具有光子材料的先進(jìn)性，將在光電子時(shí)代被廣泛采用，有極大的開(kāi)發(fā)前景，但太陽(yáng)能屬于間歇式能源，其收集限于日出日落。因此，如何在黑暗中收集其他能量以打破太陽(yáng)能只能在白天收集的局限將是今后不得不面對(duì)的課題。然而，世界是神奇的，神奇的世界賦予了某些材料神奇的性能，一些硫化物半導(dǎo)體納米材料不僅具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能，能收集太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)變成電能，且還具有十分優(yōu)異的壓電性能，能收集機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。這就為太陽(yáng)能電池的研究提供了新的思路—可以同時(shí)利用這些材料的光電和壓電特性，使這些材料不僅在日出時(shí)可以收集太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，且能在夜間收集如風(fēng)、潮汐、行駛的汽車(chē)產(chǎn)生的壓力并將其轉(zhuǎn)變成電能，從而可以有效補(bǔ)充太陽(yáng)能電池只在日出時(shí)收集太陽(yáng)能的局限。
2、目前，科學(xué)界公認(rèn)具有優(yōu)異光催化性能的材料有tio2，wo3，zno和cds等，其中，cds相對(duì)于其他光催化劑而言雖具有一定的光腐蝕性，但具有適宜禁帶寬度(2.42ev)，且為n型半導(dǎo)體，在紫外與可見(jiàn)光區(qū)均有吸收，光催化效率高，是十分理想的工業(yè)光催化劑。半導(dǎo)體硫化物cds不僅具有優(yōu)異的光催化性能，還具有十分優(yōu)異的壓電性能，能收集機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。現(xiàn)有的cds薄膜制備方法主要有射頻磁控濺射法、近空間升華法、化學(xué)水浴法(cbd)及旋涂法等，其中射頻磁控濺射法及近空間升華法屬物理法，對(duì)設(shè)備要求極高，化學(xué)水浴法缺陷較多，薄膜的質(zhì)量和性能不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種cds薄膜材料及其制備方法和應(yīng)用，本專(zhuān)利技術(shù)提出一種光電與壓電協(xié)同作用的壓電增強(qiáng)cds光催化劑—cds薄膜，為改進(jìn)光催化降解有機(jī)物的性能提供了一種更加簡(jiǎn)便有效的方法。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種cds納米單晶薄膜材料的制備方法，包括以下步驟：
4、將含鎘前驅(qū)體溶液在基底上產(chǎn)生吸附，去除雜質(zhì)得到含鎘基底。
5、將所述含鎘基底置于含硫前驅(qū)體溶液中，發(fā)生沉淀反應(yīng)，去除雜質(zhì)得到表面含有cds晶種的基底。
6、將所述含鎘前驅(qū)體溶液和含硫前驅(qū)體溶液混合，之后加入所述含有cds晶種的基底進(jìn)行水熱反應(yīng)，經(jīng)后處理得到cds薄膜材料。
7、本專(zhuān)利技術(shù)提出一種光電與壓電協(xié)同作用的壓電增強(qiáng)cds光催化劑—cds薄膜，首先制備表面含有cds晶種的基底，將所述含有cds晶種的基底在含鎘前驅(qū)體溶液和含硫前驅(qū)體溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到cds薄膜材料，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)水熱法能有效減少外界雜質(zhì)的引入，從而制備出高純度的硫化鎘薄膜，且反應(yīng)過(guò)程中，高溫條件有利于晶體的生長(zhǎng)和結(jié)晶，使得制備出的硫化鎘薄膜具有良好的結(jié)晶性，此外，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可以有效地控制硫化鎘薄膜的形貌，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，水熱法可以使反應(yīng)在相對(duì)均勻的環(huán)境中進(jìn)行，有利于制備出均勻的硫化鎘薄膜。
8、與一些高溫制備方法相比，本專(zhuān)利技術(shù)的水熱法的反應(yīng)溫度相對(duì)較低，為100℃～120℃，這可以減少能源消耗，降低制備成本，同時(shí)也能避免高溫對(duì)基底材料的損傷，擴(kuò)大了基底材料的選擇范圍。且水熱法的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的真空設(shè)備和昂貴的原材料。只需要將反應(yīng)物放入高壓釜中，在一定的溫度和壓力下進(jìn)行反應(yīng)即可。本專(zhuān)利技術(shù)使用的原材料為無(wú)機(jī)鹽和水，價(jià)格相對(duì)較低，且反應(yīng)過(guò)程中不需要使用昂貴的設(shè)備和特殊的氣體保護(hù)，因此制備成本較低；反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的污染物較少，對(duì)環(huán)境的影響較小。
9、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，水熱處理溫度為100℃～120℃，水熱處理時(shí)間為6h～8h。
10、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，含鎘前驅(qū)體溶液為二水合醋酸鎘溶液。
11、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，含鎘前驅(qū)體溶液的濃度為0.005mol/l～0.01mol/l。
12、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，含硫前驅(qū)體溶液為硫代乙酰胺水溶液。
13、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，含硫前驅(qū)體溶液的濃度為0.005mol/l～0.01mol/l。
14、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，含鎘前驅(qū)體溶液和含硫前驅(qū)體溶液的體積比為1:1～1.5。
15、在本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基底為導(dǎo)電玻璃、硅基片或聚合物柔性基底。
16、本專(zhuān)利技術(shù)的另一個(gè)目的是提供一種上述任一項(xiàng)所述的制備方法制得的cds薄膜材料。
17、本專(zhuān)利技術(shù)的第三個(gè)目的是提供一種上述所述的cds薄膜材料在光催化降解有機(jī)物中的應(yīng)用。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有的有益效果是：
19、1、本專(zhuān)利技術(shù)提出一種光電與壓電協(xié)同作用的壓電增強(qiáng)cds光催化劑—cds薄膜，首先制備表面含有cds晶種的基底，將所述含有cds晶種的基底在含鎘前驅(qū)體溶液和含硫前驅(qū)體溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到cds薄膜材料，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)水熱法能有效減少外界雜質(zhì)的引入，從而制備出高純度的硫化鎘薄膜，且反應(yīng)過(guò)程中，高溫條件有利于晶體的生長(zhǎng)和結(jié)晶，使得制備出的硫化鎘薄膜具有良好的結(jié)晶性，此外，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可以有效地控制硫化鎘薄膜的形貌，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，水熱法可以使反應(yīng)在相對(duì)均勻的環(huán)境中進(jìn)行，有利于制備出均勻的硫化鎘薄膜。
20、2、與一些高溫制備方法相比，本專(zhuān)利技術(shù)的水熱法的反應(yīng)溫度相對(duì)較低，為100℃～120℃，這可以減少能源消耗，降低制備成本，同時(shí)也能避免高溫對(duì)基底材料的損傷，擴(kuò)大了基底材料的選擇范圍。且水熱法的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的真空設(shè)備和昂貴的原材料。只需要將反應(yīng)物放入高壓釜中，在一定的溫度和壓力下進(jìn)行反應(yīng)即可。本專(zhuān)利技術(shù)使用的原材料為無(wú)機(jī)鹽和水，價(jià)格相對(duì)較低，且反應(yīng)過(guò)程中不需要使用昂貴的設(shè)備和特殊的氣體保護(hù)，因此制備成本較低；反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的污染物較少，對(duì)環(huán)境的影響較小。
21、3、本專(zhuān)利技術(shù)制備的cds光催化納米材料，由于壓電和光電效應(yīng)疊加，即壓電效應(yīng)產(chǎn)生的空穴與光電效應(yīng)產(chǎn)生的空穴相互疊加，壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電子與光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子相互疊加，這樣的雙效應(yīng)可增加cds表面的電子與空穴數(shù)目，有望使其光催化降解效率得到明顯提高，同一cds薄膜上同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種功能即光伏和壓電性能，從而可以將半導(dǎo)體的壓電與光電轉(zhuǎn)化性能融合在一起，實(shí)現(xiàn)壓電和光伏領(lǐng)域的融合應(yīng)用。
22、4、本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)水熱法制備cds薄膜相對(duì)于其他方法主要是實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，成本低，制備出的薄膜具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如純度高、結(jié)晶好、形貌可控、應(yīng)力小、對(duì)基底附著力強(qiáng)等，且本專(zhuān)利技術(shù)制備的cds薄膜材料在實(shí)驗(yàn)室365nm紫外燈照射下，振動(dòng)頻率為147次/分的振動(dòng)篩上，濃度為10mg，ph值為6.0的甲基橙溶液30分鐘褪色率為90.1％，高于只在振動(dòng)同等條件下的74.6％的褪色率。
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1.一種CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，水熱處理溫度為100℃～120℃，水熱處理時(shí)間為6h～8h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，含鎘前驅(qū)體溶液為二水合醋酸鎘水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，含鎘前驅(qū)體溶液的濃度為0.005mol/L～0.01mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，含硫前驅(qū)體溶液為硫代乙酰胺水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，含硫前驅(qū)體溶液的濃度為0.005mol/L～0.01mol/L，含鎘前驅(qū)體溶液和含硫前驅(qū)體溶液的體積比為1:1～1.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CdS薄膜材料的制備方法，其特征在于，基底為導(dǎo)電玻璃、硅基片或聚合物柔性基底。
8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法制得的CdS薄膜材料。
9.一種權(quán)利要求8所述的CdS薄
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種cds薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds薄膜材料的制備方法，其特征在于，水熱處理溫度為100℃～120℃，水熱處理時(shí)間為6h～8h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds薄膜材料的制備方法，其特征在于，含鎘前驅(qū)體溶液為二水合醋酸鎘水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds薄膜材料的制備方法，其特征在于，含鎘前驅(qū)體溶液的濃度為0.005mol/l～0.01mol/l。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds薄膜材料的制備方法，其...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尹建波，張文靜，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：蘭州理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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