一种在锌片上制备PbS敏化ZnO纳米棒阵列的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米技术领域，具体是一种在锌片上制备PbS敏化ZnO纳米棒阵列的方法。
【背景技术】
[0002]CdS, CdSe, PbS, Ag2S等量子点可以通过连续离子层沉积法原位生长在宽带隙ZnO半导体表面，构筑量子点敏化ZnO复合结构薄膜，这种薄膜在太阳能电池、光催化等领域具有广泛的应用前景。连续离子层沉积法是把待沉积的量子点的阳离子和阴离子前驱体溶液分别放置在两个容器中，被沉积的ZnO薄膜首先浸泡在含有阳离子的前驱体溶液中然后冲洗干净，接下来将它浸泡在含有阴离子的前驱体溶液中然后冲洗干净。两步浸泡过程称为一个连续离子层沉积周期。在一个周期内，可以控制每个沉积过程来控制量子点的生长。再通过控制沉积周期来控制量子点的尺寸。采用连续离子层沉积，由于量子点具有更短的生长过程和近化学计量合成，而且分别均匀、覆盖程度高，被认为是较好的量子点沉积方法。采用连续离子层沉积法把量子点沉积在掺氟的31102导电玻璃(FTO)、ITO及钛基底生长的ZnO纳米结构上构筑量子点敏化ZnO复合薄膜已有相当多的报道，如廖鑫等(《无机材料学报》，2012年，第27卷第I期，59-63页)首先利用电化学法在FTO上生长ZnO纳米片，然后在ZnO纳米片上通过连续离子层沉积法沉积PbS量子点形成PbS/ZnO复合膜；美国《应用表面化学》(Applied Surface Science, 2011年，第257卷第16期，7041-7046页)报道了利用连续离子层沉积法获得了 CdS和PbS共敏化的ZnO纳米棒。但若考虑把常用的量子点敏化剂如CdS、CdSe, PbS, Ag2S等沉积在锌基底上生长的ZnO纳米棒上，则因这些量子点阳离子所属的金属活泼性比Zn弱，当锌基ZnO薄膜在含有阳离子的前驱体溶液中浸泡时，裸露的Zn与阳离子会发生置换反应，从而使ZnO薄膜遭到破坏，导致沉积失败。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种PbS均匀覆盖在ZnO表面、保证所得的纳米线阵列与Zn片之间良好地结合的在锌片上制备PbS敏化ZnO纳米棒阵列的方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0005]—种在锌片上制备PbS敏化ZnO纳米棒阵列的方法，具体步骤如下:
[0006]I)将锌片制成试样，用砂纸打磨，用水冲洗，再用无水乙醇、去离子水各超声清洗1min ；
[0007]2)将1mL正丁胺和40mL浓度为0.005±0.001mol/L硝酸镧水溶液加入高压反应釜内衬中，搅拌混合，同时将上述处理后的试样靠壁直立于高压反应釜内衬中；
[0008]3)将密闭的高压反应釜放在鼓风干燥箱中加热至140±5°C，并保温13±1小时；
[0009]4)反应结束后，取出高压反应釜，待自然冷却至室温后，从高压反应釜中取出试样，分别用无水乙醇、去离子水清洗三次，将试样在50°C下真空干燥4小时，得镧掺杂ZnO产品,记为 La-doped ZnO ；
[0010]5)分别配置0.05-0.lmol/L硝酸铅和硫化钠水溶液，硝酸铅和硫化钠水溶液的浓度相同，把得到的La-doped ZnO依次放入硝酸铅溶液、去离子水、硫化钠溶液、去离子水中分别浸泡60±10秒、20±5秒、30±5秒、40±10秒，以此作为一次沉积，重复沉积3-12次；
[0011]6)沉积结束后，取出试样，分别用去离子水、无水乙醇清洗三次，将试样在50°C下真空干燥4小时即得。
[0012]作为本发明进一步的方案:步骤I)中试样的尺寸为2cmX2cm大小。
[0013]作为本发明进一步的方案:硝酸镧水溶液的浓度为0.005mol/Lo
[0014]作为本发明进一步的方案:步骤I)中鼓风干燥箱的加热温度为140°C，保温14小时。
[0015]作为本发明进一步的方案:步骤5)中硝酸铅和硫化钠水溶液的浓度均为0.1mol/L0
[0016]作为本发明进一步的方案:步骤5)中把得到的La-doped ZnO依次放入硝酸铅溶液、去离子水、硫化钠溶液、去离子水中分别浸泡60秒、20秒、30秒、40秒。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0018]本发明采用简单的水热反应方法，通过往水热体系中加入少量的硝酸镧水溶液来控制ZnO成核和生长，ZnO在反应初级大量形核生长出致密的ZnO纳米棒陈列，从而使硝酸铅溶液不能通过致密的ZnO层渗透进入Zn片与锌发生置换反应，这是保证PbS成功沉积的关键。ZnO纳米棒在硝酸铅溶液中浸泡时，硝酸铅溶液通过扩散进入ZnO纳米棒陈列形成的通道，均匀吸附在ZnO纳米棒的表面，经过去离子水去除表面过多的硝酸铅溶液，使接下来通过扩散进入通道中的硫化钠与之发生反应，从而最终在ZnO表面形成均匀覆盖的PbS量子点层。另外，本发明方法中，由于打磨处理的锌片既作为ZnO纳米棒阵列的生长基底，又提供化学反应中ZnO纳米棒阵列生长的锌源，因此可以保证所得的纳米线阵列与Zn片之间良好地结合。
【附图说明】
[0019]图1是在140°C、水热反应14小时制备得到的镧掺杂ZnO纳米棒(La-doped ZnO)陈列放大100000倍的扫描电镜照片。
[0020]图2是在140°C、水热反应14小时制备得到的镧掺杂ZnO纳米棒的XPS全谱分析图。
[0021]图3是镧元素的窄扫XPS谱图。
[0022]图4是经3次重复沉积得到的PbS量子点敏化ZnO纳米棒(3PbS/La_doped ZnO)放大100000倍的扫描电镜照片。
[0023]图5是经10次重复沉积得到的PbS量子点敏化ZnO纳米棒10PbS/La_doped ZnO放大100000倍的扫描电镜照片。
[0024]图6 是 10PbS/La-doped ZnO 产品的 EDS 谱图。
[0025]图7是未沉积PbS的ZnO纳米棒(La-doped ZnO)、经3次重复沉积的PbS量子点敏化ZnO纳米棒(3PbS/La-doped ZnO)、经10次重复沉积的PbS量子点敏化ZnO纳米棒(10PbS/La-doped ZnO)的荧光发射光谱图。
[0026]图8是经10次循环沉积得到的PbS量子点敏化ZnO纳米棒的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]本发明实施例中，一种在锌片上制备PbS敏化ZnO纳米棒阵列的方法，具体步骤如下:
[0030]I)将锌片制成尺寸为2cmX2cm大小的试样，用砂纸打磨，用水冲洗，再用无水乙醇、去离子水各超声清洗lOmin。
[0031]2)将1mL正丁胺和40mL浓度为0.006mol/L硝酸镧水溶液加入高压反应爸内衬中，搅拌混合，同时将上述处理后的锌片靠壁直立于高压反应釜内衬中；
[0032]3)将密闭的高压反应釜放在鼓风干燥箱中加热至135°C，并保温12小时；
[0033]4)反应结束后，取出反应釜，待自然冷却至室温后，从反应釜中取出试样，分别用无水乙醇、去离子水清洗三次，去除产物表面的反应物及溶剂，将试样在50°C下真空干燥4小时，得镧掺杂ZnO产品,记为La-doped ZnO ；
[0034]5)分别配置0.05mol/L硝酸铅和硫化钠水溶液，把得到的La-doped ZnO依次放入硝酸铅溶液、去离子水、硫化钠溶液、去离子水中分别浸泡50秒，15秒，25秒，30秒，以此作为一次沉积，如此重复沉积3次所得广品记为3PbS/La_doped ZnO,重复沉积10次所得广品记为 lOPbS/La-doped ZnO0
[0035]6)沉积结束后，取出试样，分别用去离子水、无水乙醇清洗三次，去除产物表面残留的离子，将试样在50°C下真空干燥4小时。
[0036]实施例2
[0037]本发明实施例中，一种在锌片上制备PbS敏化ZnO纳米棒阵列的方法，具体步骤如下:
[0038]I)将锌片制成尺寸为2cmX2cm大小的试样，用砂纸打磨，用水冲洗，再用无水乙醇、去离子水各超声清洗1min ;
[0039]2)将1mL正丁胺和40mL浓度为0.005mol/L硝酸镧水溶液加入高压反应爸内衬中，搅拌混合，同时将上述处理后的锌片靠壁直立于高压反应釜内衬中；
[0040]3)将密闭的高压反应釜放在鼓风干燥箱中加热至140°C，并保温14小时；
[0041]4)反应结束后，取出反应釜，待自然冷却至室温后，从反应釜中取出试样，分别用无水乙醇、去离子水清洗三次，去除产物表面的反应物及溶剂，将试样在50°C下真空干燥4小时，得镧掺杂ZnO产品,记为La-doped ZnO ；
[0042]