一种异质结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光催化材料技术领域，具体涉及一种异质结构及其制备方法和应用。该异质结构该异质结构是通过Cu2O与Cu复合，然后与GaON复合形成的Cu2O/Cu/GaON异质结构。该异质结构增加了电荷的转移，同时Cu中间层极大地增加了对光的吸收效率，其较Cu2O材料的催化活性大幅度增加，光解水效率比较高。光解水效率比较高。光解水效率比较高。

【技术实现步骤摘要】
一种异质结构及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种异质结构及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的大量消耗，随之带来的是严峻的环境问题和能源问题，故开发清洁、环境友好、再生能源迫在眉捷。氢能具有能量密度高、产物清洁、燃烧热值高等优点，被认为是传统的化石燃料的理想替代者。在众多的制备的方法中，光解水制氢工艺简单，产物清洁，是一种获得高效的氢气的途径，但其反应动力学缓慢，制备过程会消耗额外的能量，故高活性催化剂的加入是关键。
[0003]目前，贵金属的催化性能是最好的，但是由于价格昂贵和贮量少，妨碍了其商业化应用。开发资源丰富、高效、稳定性突出等的非金贵属催化剂代替贵金属，在未来可实现大规模生产。Cu2O是一种可以吸收可见光的P型半导体，具有无毒、合成方法多样且可控等优点，但由于光催化活性较弱，限制了Cu2O在环境、能源领域的应用。特别是Cu2O的表面会形成一层具有很大能垒的超薄膜，在光照时不利于电荷的产生和转移。构筑异质结通常是提高光催化活性的有效手段，例如Cu2O与金属、半导体、碳等复合。然而，在但常见的一些复合结构如Au/Cu2O，ZnO/Cu2O等光催化剂对催化活性的改善并不十分理想，因此，对于Cu2O，构建二元异质结构并不是解决问题的最有效途径。如何有效提高Cu2O基光催化剂的效率是本领域技术人员一直致力研究并渴望解决的技术难题。现有技术中使用Cu2O与金属复合，有效提高催化剂对光的吸收作用，但在使用过程种容易在光腐蚀作用下失效。而结合耐腐蚀的材料与Cu2O构筑异质结构，其对光的吸收和增加又不明显，进而影响光催化材料的催化效果；同时，Cu2O与其他材料构筑的二元异质光催化材料带隙组合没有覆盖从紫外到可见光，对光的吸收有限。这些问题均会阻碍光催化材料的光催化效率。
[0004]因此，研发一种可以提高Cu2O的光催化效率的异质结构具有重大意义。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术目的之一在于提供一种异质结构，该异质结构是通过Cu2O与Cu复合，然后与GaON复合形成的Cu2O/Cu/GaON异质结构，该Cu2O/Cu/GaON异质结构能够增强对光的吸收同时具备合适的能带结构利于空穴
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电子对的有效分离，并且其较Cu2O催化活性增加了5倍以上。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术可以采用以下技术方案：
[0007]本专利技术一方面提供一种异质结构，其包括Cu2O层、Cu层和GaON层，其中，Cu2O层与Cu层以免连接，Cu层另一面和GaON层连接。
[0008]本专利技术另一方面提供一种上述异质结构的制备方法，其包括：在Cu2O层上生长Cu层形成Cu2O/Cu异质结构；然后在Cu2O/Cu异质结上生长GaON形成Cu2O/Cu/GaON异质结构。
[0009]本专利技术再一方面提供一种光电器件，其包括权上述的异质结构。
[0010]本专利技术再一方面提供一种上述的异质结构在光解水制氢中的应用。
[0011]本专利技术有益效果包括：本专利技术提供的异质结构(Cu2O/Cu/GaON)增加了电荷的转移，同时Cu中间层极大地增加了对光的吸收效率，其较Cu2O材料的催化活性大幅度增加，增加了5倍以上，光解水效率比较高。
附图说明
[0012]图1为本专利技术中三元异质结构的制备流程示意图；
[0013]图2为Cu2O薄膜材料的扫描电镜图；
[0014]图3为Cu2O/Cu异质结构的扫描电镜图；
[0015]图4为Cu2O/Cu/GaON三元异质结构扫描电镜图；
[0016]图5为Cu2O/Cu/GaON三元异质结光解水性能测试情况。
具体实施方式
[0017]所举实施例是为了更好地对本专利技术进行说明，但并不是本专利技术的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述
技术实现思路
对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。
[0018]本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意于限制本公开。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则单数形式的表达包括复数形式的表达。如本文所使用的，应当理解，诸如“包括”、“具有”、“包含”之类的术语旨在指示特征、数字、操作、组件、零件、元件、材料或组合的存在。在说明书中公开了本专利技术的术语，并且不旨在排除可能存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、操作、组件、部件、元件、材料或其组合的可能性。如在此使用的，根据情况，“/”可以被解释为“和”或“或”。
[0019]本专利技术实施例提供一种异质结构，其包括Cu2O层、Cu层和GaON层，其中，Cu2O层与Cu层以免连接，Cu层另一面和GaON层连接。
[0020]需要说明的是，本专利技术中研发发现将Cu2O与Cu和GaON复合之后，可以提高Cu2O的催化活性，进而提高光电催化效率，本专利技术的异质结构较Cu2O的催化活性增加了15倍以上，效果显著。
[0021]在一些具体实施例中，上述异质结构中，Cu层的厚度可以为0.1μm
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1μm。需要说明的是，调节异质结构中Cu层的厚度可以得到不同的光解水效率的异质结构。Cu层可以通过NH3等离子体处理Cu2O层获得，其厚度可通过等离子处理时间精确控制，其是随表面金字塔微结构的存在而变化，一般为0.1
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1微米不等，另外，GaON层的厚度可以为40纳米。
[0022]在一些具体实施例中，上述异质结构中，还包括基板，基板与Cu2O层连接。
[0023]需要说明的是，在异质结构中，会使用一个基板作为载体，基板为本领域所已知的基板，比如FTO基板。
[0024]本专利技术另一实施例提供一种上述异质结构的制备方法，其包括：在Cu2O层上生长Cu层形成Cu2O/Cu异质结构；然后在Cu2O/Cu异质结上生长GaON形成Cu2O/Cu/GaON异质结构。
[0025]需要说明的是，本专利技术中的异质结构制备方法仅在Cu2O层一次生长Cu层和GaON，制备方法简单。
[0026]在一些具体实施例中，上述制备方法中，还包括：在基板上生长Cu2O层。需要说明的是，如上所述，异质结构中，需要基板作为载体，所以上述制备方法还包括在基板上生长
Cu2O层，即：在基板上生长Cu2O层，然后在Cu2O层上生长Cu层形成Cu2O/Cu异质结构；然后在Cu2O/Cu异质结上生长GaON形成Cu2O/Cu/GaON异质结构。
[0027]在一些具体实施例中，上述制备方法中，在Cu2O层上生长Cu层形成Cu2O/Cu异质结构的方法为本领域所已知的所有方法，比如使用氨气等离子体法；另外，在Cu2O/Cu异质结构上生长GaON形成异Cu2O/Cu/GaON异质结构的方法为本领域所已知的所有方法，比如使用等离子体增强原子层沉积法；再者，在基板上生长Cu2O层的方法为本领域所已知的方法，比如电化学沉积法。
[0028]本专利技术再一实施例提供一种光电器件，其包括上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质结构，其特征在于，包括Cu2O层、Cu层和GaON层，其中，Cu2O层与Cu层以免连接，Cu层另一面和GaON层连接。2.根据权利要求1所述的异质结构，其特征在于，Cu层的厚度为0.1μm
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1μm。3.根据权利要求1或2所述的异质结构，其特征在于，还包括基板，基板与Cu2O层连接。4.根据权利要求3所述的三元异质结构，其特征在于，基板包括FTO基板。5.权利要求1所述的异质结构的制备方法，其特征在于，包括：在Cu2O层上生长Cu层形成Cu2O/Cu异质结构；然后在Cu2O/Cu异质结上生长GaON形成Cu2O/Cu/GaON异质结构。6.权利要求3或4所述的异质结构的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏平，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：