等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料合成领域，具体涉及一种等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]等离子体能量转移被认为是能够提高半导体器件载流子对有效分离并获得更高太阳能转化效率的新途径。这一新方法是基于纳米贵金属表面的等离子体，其包括静态的局域表面等离子体和传播的表面等离激元。等离子体光捕获效应最容易在贵金属纳米结构表面产生表面等离子体共振光谱。可通过形貌、尺寸、颗粒间距、和介质环境来实现调控等离子体效应。因此，静态的局域表面等离子体和传播的表面等离激元将分别对应着局域表面等离共振和传播表面等离激元共振。由于贵金属纳米颗粒在操纵光方面具有奇特的能力，因此，等离子体在纳米光子学领域已成为有趣的研究课题之一。和令人兴奋的等离子体效应一样，无序光子学的慢光效应和安德森局域化效应在纳米光子学领域是另外两个热点研究专题，两者都是基于强烈的多光散射效应。显然，既然两者均类似于等离子体共振中的光散射效应，因此不难想象将无序光子学效应和等离子体共振效应结合在一起将会更有助于提高光散射和光捕获。实际上，已有一些关于耦合等离子体和光子晶体提高光电化学水分解或在生物传感领域的工作报道。另外，最近已有周期性光子晶体的无序效应提高光捕获的报道。然而，据我们所知，仍然没有耦合等离子体和无序光子共振效应的报道。
[0003]综合考虑材料类别、组成结构、制备方法均有助于提高等离子体光电极的性能。贵金属-氧化物半导体在光催化和光伏领域均是具有显著成效的复合材料，因为其优越的性能可以通过简单的调控局域表面等离体共振波长来实现，另外其具有强烈的光子捕获、低成本、和化学稳定性等特点。基于这些贵金属和氧化物半导体的两种组装结构，其分别为将贵金属置于半导体表面或嵌入半导体内部。实验结果证明，金嵌入在二氧化钛内部的光电化学性能远远地超过其修饰其表面。相比较而言，嵌入结构具有下面的优点:(I)能够为超过表面等离子体共振的光和能有效地避免法诺共振效应，(2)能够避免贵金属纳米颗粒置于半导体表面带来的入射光能量损失，(3)即使光能远低于半导体带隙，但其仍然能够提高光电导。因此，嵌入的纳米贵金属-半导体结构唤起了人们极大的兴趣，例如:金纳米棒阵列嵌入纳米二氧化钛，纳米金嵌入一维的α -氧化铁，纳米银嵌入一维氧化锌。至于等离子体基质的制备，有纳米金或银典型的激光直写技术，纳米球刻蚀，电子束刻蚀等。最近，电沉积法已被用于等离子体基质的制备，但是这些方法都是基于阳极氧化铝模板的湿化学法，例如，纳米金棒的在线平版印刷。显然，希望能够有更简便、经济的制备方法用于等离子体能量转换技术。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料的制备方法。
[0005]技术方案:本发明所述的等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006](I)采用体积比为30?50:1:1?3的水、氨水和双氧水的混合液清洗ITO电极表面，然后用纯水冲洗干净并放在空气中晾干待用；
[0007](2)以ITO电极为工作电极、铂丝作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极组成三电极，将三电极浸于硫酸、氯金酸和L-半胱氨酸组成的混合电解液中，沉积电位为-0.1V?-0.5V、沉积时间为50s?400s，采用三电极法电化学沉积得到纳米金颗粒；
[0008](3)将步骤(2)中合成的纳米金颗粒作为工作电极、铂丝作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极组成三电极，将三电极浸于Zn (NO3) 2溶液和KNO 3溶液组成的混合电解液中，沉积电位为-0.8V?-1V、沉积温度为60°C?100°C、沉积时间为Ih?3h，将氧化锌纳米线阵列沉积到纳米金表面，得到等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料。
[0009]优选地，为达到较好的清洗效果，步骤⑴中水、氨水和双氧水混合液的体积比为50:1:1ο
[0010]优选地，所述ITO电极的有效工作面积为0.05cm2?1.5cm 2。
[0011 ] 优选地，为达到较好的沉积效果，所述硫酸浓度为0.3?0.6mol L \氯金酸浓度为I?3mmol L \ L-半月光氛酸为0.08?0.2mmo1 L 1O
[0012]优选地，步骤⑵中所述硫酸浓度为0.5mol L \氯金酸浓度为2mmol L\L-半胱氨酸为0.125mmol L 1时，电化学沉积效果最好。
[0013]优选地，为达到较好的沉积效果，步骤(3)中所述Zn(NO3)2溶液浓度为0.1?0.3mmol L \ KNO3溶液浓度为 0.05 ?0.2mol L、
[0014]优选地，步骤(3)中所述Zn (NO3)2溶液浓度为0.2mmol L 1INO3溶液浓度为0.1molL1时电化学沉积效果最好。
[0015]有益效果:(I)本发明通过优化沉积电位、沉积时间，采用三电极电化学沉积制备等离子体金纳米颗粒，使得纳米金的形貌和尺寸能够被简便地调控，以至于能够获得最优化的金等离子体基质；(2)采用三电极电化学沉积法将纳米金等离子体嵌入一维氧化锌纳米线阵列，在优化条件下，所得到的功能材料相比于氧化锌纳米线，纳米金-氧化锌异质结的光电流能够提高约20倍，首次研究了促进光电化学响应增强的无序光子学中的多光散射效应和纳米金的等离子体共振效应。
【附图说明】
[0016]图1为金纳米颗粒的低倍(A)和高倍(B)扫描电镜图片，氧化锌(C)和金-氧化锌⑶纳米线阵列电镜图片，插图为对应的放大图片，金-氧化锌(E)纳米线选择区域的对应Au、0、Zn和In的元素映像图(F)；
[0017]图2为ZnO、Au和Au-ZnO纳米线阵列的能谱㈧、X_射线衍射谱(B)、紫外-可见漫反射谱(C)和光致发光谱(D) ( λ ex= 325nm)，a:ZnO、b:Au、c:Au-ZnO ；
[0018]图3为固定沉积时间为300s，改变ZnO和Au-ZnO的沉积电位而得到的光电流响应(A) (a:ZnO，b — g:合成 Au-ZnO 前合成纳米金的沉积电位 0V,-0.1V、-0.2V、_0.3V、_0.4V、-0.5V);固定沉积电位为-0.3V，改变沉积时间而得到的ZnO和Au-ZnO光阳极电流曲线(B)(a:ZnO，b — f:合成Au-ZnO前合成纳米金的沉积的沉积时间50s、100s、200s、300s、400s)；
[0019]图4为固定沉积时间为300s，改变不同沉积电位(A-F:0V、_0.1V,-0.2V、_0.3V、_0.4V、-0.5V)而得到的金纳米颗粒的场发射扫描电镜图片；
[0020]图5为固定金的沉积时间为300s，改变不同沉积电位㈧0V，⑶-0.1V，(C) -0.2V，(D) -0.3V，(E) -0.4V，(F) -0.5V沉积纳米金，并在其表面于-1.0V条件下于80°C沉积2.5h而得到对应的Au-ZnO纳米线阵列。
【具体实施方式】
[0021]下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0022]实施例1:一种等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0023](I)采用体积比为50:1:1的水、氨水和双氧水的混合液清洗ITO电极表面，然后用纯水冲洗干净并放在空气中晾干待用，其中ITO电极的有效工作面积为Icm2;
[0024](2)以ITO电极为工作电极、铂丝作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极