一種陽離子交換原位沉積Ag2S量子點的方法技術

本發明專利技術公開了一種通過陽離子交換的方式在光陽極上原位沉積Ag2S量子點的方法，具體實施步驟如下：?1）配備一定濃度含有Ag+的可溶性鹽溶液；2）將長有金屬硫化物量子點的光陽極浸入含有Ag+的鹽溶液中一定時間，置換金屬陽離子得到Ag2S量子點敏化的光陽極。該光陽極可應用于光電化學器件中。本發明專利技術的優點是該方法操作安全簡便，節省原料，降低成本，易于產業化推廣應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種通過陽離子置換的方式在光陽極上原位沉積Ag2S量子點方法，其應用領域主要在光電化學相關領域。
技術介紹
由于量子尺寸效應與多激子效應等眾多優點，以量子點技術為基礎的量子點敏化太陽電池近年來得到了較大的關注。CdS/CdSe作為目前經典高效的共敏化體系被廣泛研究，然而該體系的吸收長波限約為700nm，不能實現大部分紅光及近紅外波段光的吸收與轉換，以至于約40%的太陽光未被利用。為實現敏化劑吸收限紅移，使得敏化劑帶隙與太陽光能譜更好的匹配，CuInS2、PbS、CdTe、Ag2S量子點被用來作為高效光敏化劑。Ag2S是帶隙寬度為1.1eV的直接帶隙半導體，其光學帶隙在光伏器件最佳帶隙（1.0-1.5eV）范圍內，可將光譜響應范圍拓寬至1100nm波段的近紅外區。相對于CuInS2這種三元化合物無機半導體量子點，Ag2S作為一種二元化合物更容易制備，并且其制備所需的原料也更加便宜。相對于PbS、CdTe量子點，Ag2S對環境更為友好。PbS的帶隙為0.37eV，導帶底位置相對較低，為了獲得與基體材料能帶及太陽光能譜匹配性好的PbS量子點，要求其粒徑比其它量子點更小，這為PbS量子點的制備增加了困難。CdTe量子點除了Cd對環節污染外，Te是稀有元素，制備過程中Te源昂貴且不穩定，這也大大限制了CdTe量子點的使用。所以Ag2S量子點在光電化學器件中有著巨大的應用潛力。目前制備Ag2S量子點的方法主要有非原位合成法、光沉積法和連續離子層吸附反應法。非原位法通常是是先合成膠體量子點，然后通過非原位的方式(如直接吸附或連接劑輔助吸附)，將量子點沉積到寬帶隙半導體材料(光陽極基體材料)上。直接吸附時量子點的表面包有一層長鏈的有機分子，這種依靠長鏈分子直接吸附的方式使得量子點覆蓋率降低，并且這些長鏈分子會降低量子點與半導體光陽極之間的電荷轉移率，進而降低光電轉化效率。輔助吸附時量子點表面通常被水溶性雙官能團分子包覆，它們可作為連接劑分子吸附到半導體光陽極的表面，但是連接劑分子不僅影響量子點的負載量，還會影響電荷的傳輸、分離與復合，從而降低光電轉換效率。光沉積法的主要步驟是將光陽極浸入Ag+源溶液中，并用高強度汞燈照射一定時間后取出清洗并烘干，再將光陽極浸入S2-源溶液中在加熱條件下保溫數小時制得Ag2S量子點。此制備過程繁瑣，制備條件不易控制，制備時間長，不利于產業生產應用。連續離子層吸附反應法沉積Ag2S時，Ag2S量子點在光陽極表面不易吸附，且隨著沉積次數的增加，不可避免的會在溶液中生成沉淀，使得前驅體溶液無法再使用，造成源溶液的大量浪費。銀本身屬于貴金屬，不利于生產成本的降低。針對此種情況，我們先在光陽極上引入一種相對易于吸附、原材料來源廣、價格便宜的金屬硫化物量子點，再將金屬離子置換成Ag+，從而在光陽極材料上原位生長Ag2S量子點。此方法操作簡便，成本低廉，重復性好，便于工業化生產應用。
技術實現思路
本專利技術提供了一種在光陽極材料上原位生長Ag2S量子點的方法，并將其應用到了光電化學器件。此方法操作簡單，重復性好，不需要鏈接劑輔助，減少了Ag源溶液的浪費。本專利技術目的在于提供一種在光陽極材料上原位沉積Ag2S量子點的方法，通過以下方式實現：1.光陽極材料如SnO2多孔薄膜，ZnO納米柱陣列，TiO2納米柱陣列的制備2.量子點的合成1)在光陽極材料上生長金屬硫化物量子點；2)配備濃度為0.01~0.1M含有Ag+的可溶性鹽溶液；3)將步驟1)得到的光陽極浸入步驟2)制備的鹽溶液中5~10min,取出用相應的溶劑清洗干凈，并烘干。則在光陽極材料上形成Ag2S量子點敏化劑層。具體實施方式：以下實施旨在說明本專利技術而不是對本專利技術的進一步限定。實施例1：1)在SnO2多孔薄膜光陽極材料上生長CdS量子點；2)配備濃度為0.1M的AgNO3水溶液；3)將步驟1)得到的光陽極材料浸入步驟2)所配備的AgNO3水溶液中浸泡2分鐘，取出后用去離子水清洗并烘干，最后在光陽極材料SnO2多孔薄膜上形成Ag2S量子點敏化劑層。實施例2：1)在TiO2納米柱陣列光陽極材料上生長ZnS量子點；2)配備濃度為0.1M的AgNO3水溶液；3)將步驟1)得到的光陽極材料浸入步驟2)所配備的AgNO3水溶液中浸泡5分鐘，然后取出用去離子水清洗并烘干，最后在光陽極材料TiO2納米柱陣列上形成Ag2S量子點敏化劑層。實施例3：1)在ZnO納米柱陣列光陽極材料上生長ZnS量子點；2)配備濃度為0.1M的AgNO3水溶液；3)將步驟1)得到的光陽極材料浸入步驟2)所配備的AgNO3水溶液中浸泡10分鐘，然后取出用去離子水清洗并烘干，最后在光陽極材料ZnO納米柱陣列上形成Ag2S量子點敏化劑層。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效制備Ag2S量子點到光陽極上的方法，其特征在于包括以下步驟：(1)在光陽極材料上生長金屬硫化物量子點；(2)?將可溶性銀鹽溶解于液體介質中，配制出含Ag+源溶液；(3)?將(1)中制備的光陽極浸入上面所述Ag+溶液中，一段時間后取出沖洗、烘干。

【技術特征摘要】
1.一種高效制備Ag2S量子點到光陽極上的方法，其特征在于包括以下步驟：
(1)在光陽極材料上生長金屬硫化物量子點；
(2)將可溶性銀鹽溶解于液體介質中，配制出含Ag+源溶液；
(3)將(1)中制備的光陽極浸入上面所述Ag+溶液中，一段時間后取出沖洗、烘干。
2.權利要求1中光陽極材料包括納米柱陣列（ZnO納米柱陣列、SnO2納米柱陣列、TiO...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王金斌，吳月仙，鐘向麗，田自然，
申請(專利權)人：湘潭大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43