CoPi負載的枝狀(GaN)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及半導體納米材料及光電催化分解水領(lǐng)域，具體涉及一種CoPi負載的枝狀(GaN)1?

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極及制備方法


[0001]本專利技術(shù)涉及半導體納米材料及光電催化分解水領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鈷(CoPi)負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極及制備方法和在光電催化分解水中的應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]太陽能儲量豐富、分布廣泛，是最具競爭力的清潔能源之一，若能實現(xiàn)太陽能的高效利用，則有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。利用半導體光電極分解水生產(chǎn)清潔的氫氣燃料一直以來備受關(guān)注，被認為是解決未來能源危機和可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。2005年，日本東京大學Domen課題組首次將GaN和ZnO兩種半導體固溶在一起制備出用于光催化分解水的(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體(0.034<x<0.13)，并且通過調(diào)控固溶體中ZnO的含量，實現(xiàn)了對固溶體帶隙的調(diào)控并實現(xiàn)可見光光催化分解水制氫。此后，科研人員發(fā)現(xiàn)(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體在光電催化分解水領(lǐng)域也展現(xiàn)出較大的潛力。
[0003]然而，目前研究的(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體光電極主要為薄膜電極，多是將(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體與粘合劑混合，然后涂覆在基底表面，結(jié)合力十分脆弱，容易脫落影響壽命和穩(wěn)定性；而且其比表面積十分有限，限制了光催化活性面積和光的吸收效率。此外，這種涂覆燒結(jié)的(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體薄膜型光電極其固溶體粉末間的接觸以及與集電極之間的接觸較弱、接觸電阻大，使得其光生電子轉(zhuǎn)移困難，光生電子空穴在催化劑內(nèi)部復(fù)合比率增加，影響光電轉(zhuǎn)換效率。同時過大的接觸電阻，會引起較大的電壓降，使得真正加載在催化劑的有效電壓十分有限。另外，(GaN)1?
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(ZnO)
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四元固溶體納米材料的制備涉及Ga、Zn、O、N四種元素相互替代使得制備工藝復(fù)雜難度大。特別是在較高的制備溫度下，傳統(tǒng)的FTO導電電極容易分解不再適合作為集電極，需要尋找耐高溫導電且熱膨脹系數(shù)接近的透明電極用于(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米材料的生長。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0004]基于上述問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極及制備方法，利用該方法制備的GaN納米線結(jié)晶質(zhì)量良好，并與導電GaN襯底擁有良好的界面接觸和結(jié)合力。GaN襯底不僅具有良好的導電性，能夠滿足光生電子的轉(zhuǎn)移，而且能夠耐高溫，滿足GaN納米線陣列材料的高溫生長。而二次生長的(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝極大地增加了催化劑的比表面積，提高了光的吸收效率，而且GaN與(GaN)1?
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(ZnO)
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兩者導帶位置接近，界面不易形成較高的肖特基勢壘，易于光生電子的快速轉(zhuǎn)移。
[0005]本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
[0006]一種CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，該枝狀納米線陣列以n型Si摻雜導電良好的GaN單晶片作為襯底，主干為GaN納米線陣列，分枝為(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線，ZnO的固溶度為19.4at％。
[0007]所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，所用GaN襯底為利用MOCVD技術(shù)制備的Si摻雜n型GaN單晶片，薄膜厚度為4～6μm，方塊電阻為14.08kΩ/
□
。
[0008]所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，GaN納米線陣列材料為化學氣相沉積法外延生長，單根GaN納米線直徑在100～150nm之間，長度在10～25μm之間。
[0009]所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，GaN納米線上生長的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線的直徑在15～25nm之間，長度在200～300nm之間。
[0010]所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，該光陽極呈現(xiàn)出典型的三維樹枝狀結(jié)構(gòu)，GaN納米線主干上生長(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝，(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝上負載CoPi析氧助催化劑，(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝的頂部沉積Au顆粒。
[0011]所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極的制備方法，該方法分為四個階段，包括如下步驟：
[0012]第一階段，在n型Si摻雜GaN單晶片上生長GaN納米線陣列：
[0013](1)稱量30～50mL去離子水倒入反應(yīng)器中，向其中加入0.5～1.5mL濃度為3～5mg/mL的氯金酸HAuCl4溶液和2～4mL甲醇CH3OH攪拌均勻；然后將n型Si摻雜GaN單晶片襯底放入所得溶液中，反應(yīng)器抽真空后，利用300W氙燈頂部輻照時間為10～30min；取出后用去離子水清洗，然后用高純N2吹干；
[0014](2)稱取氧化鎵Ga2O3粉末均勻鋪在氧化鋁瓷舟的底部，將步驟(1)所得襯底倒置在盛有氧化鎵Ga2O3粉末的瓷舟上方，放入單溫區(qū)管式爐內(nèi)；
[0015](3)將管式爐抽成真空，然后通Ar氣至常壓，Ar氣流量為40～60sccm；管式爐升溫速率為10～15℃/min，當溫度達到800～900℃時關(guān)閉Ar氣，通入氣流量為10～100sccm的NH3；
[0016](4)當管式爐達到反應(yīng)溫度時，保溫進行充分反應(yīng)后自然冷卻，即得到以n型Si摻雜導電性較好的GaN單晶片為襯底的GaN納米線陣列材料；
[0017]第二階段，制備Zn
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Ga
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O前驅(qū)體粉末：
[0018](5)稱取二水合乙酸鋅Zn(CH3COO)2·
2H2O和水合硝酸鎵Ga(NO3)3·本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，其特征在于，該枝狀納米線陣列以n型Si摻雜導電良好的GaN單晶片作為襯底，主干為GaN納米線陣列，分枝為(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線，ZnO的固溶度為19.4at％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，其特征在于，所用GaN襯底為利用MOCVD技術(shù)制備的Si摻雜n型GaN單晶片，薄膜厚度為4～6μm，方塊電阻為14.08kΩ/
□
。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，其特征在于，GaN納米線陣列材料為化學氣相沉積法外延生長，單根GaN納米線直徑在100～150nm之間，長度在10～25μm之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
x
(ZnO)
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?
GaN納米線陣列光陽極，其特征在于，GaN納米線上生長的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線的直徑在15～25nm之間，長度在200～300nm之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極，其特征在于，該光陽極呈現(xiàn)出典型的三維樹枝狀結(jié)構(gòu)，GaN納米線主干上生長(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝，(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝上負載CoPi析氧助催化劑，(GaN)1?
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(ZnO)
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固溶體納米線分枝的頂部沉積Au顆粒。6.一種權(quán)利要求1至5之一所述的CoPi負載的枝狀(GaN)1?
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(ZnO)
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GaN納米線陣列光陽極的制備方法，其特征在于，該方法分為四個階段，包括如下步驟：第一階段，在n型Si摻雜GaN單晶片上生長GaN納米線陣列：(1)稱量30～50mL去離子水倒入反應(yīng)器中，向其中加入0.5～1.5mL濃度為3～5mg/mL的氯金酸HAuCl4溶液和2～4mL甲醇CH3OH攪拌均勻；然后將n型Si摻雜GaN單晶片襯底放入所得溶液中，反應(yīng)器抽真空后，利用300W氙燈頂部輻照時間為10～30min；取出后用去離子水清洗，然后用高純N2吹干；(2)稱取氧化鎵Ga2O3粉末均勻鋪在氧化鋁瓷舟的底部，將步驟(1)所得襯底倒置在盛有氧化鎵Ga2O3粉末的瓷舟上方，放入單溫區(qū)管式爐內(nèi)；(3)將管式爐抽成真空，然后通Ar氣至常壓，Ar氣流量為40～60sccm；管式爐升溫速率為10～15℃/min，當溫度達到800～900℃時關(guān)閉Ar氣，通入氣流量為10～100sccm的NH3；(4)當管式爐達到反應(yīng)溫度時，保溫進行充分反應(yīng)后自然冷卻，即得到以n型Si摻雜導電性較好的GaN單晶片為襯底的GaN納米線陣列材料；第二階段，制備Zn
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Ga
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O前驅(qū)體粉末：(5)稱取二水合乙酸鋅Zn(CH3COO)2·
2H2O和水合硝酸鎵Ga(NO3)3·
xH2O，置于50mL燒杯中，二水合乙酸鋅和水合硝酸鎵中Zn和Ga的原子比為5:5，粉末總重量為4～6g；(6)向步驟(5)中加入15～25mL乙二醇甲醚C3H8O2和0.5～1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉寶丹，陳立新，李晶，
申請(專利權(quán))人：東北大學，
類型：發(fā)明
國別省市：