32]將硅片置于ΝΗ3Η20、Η202和H2O的混合溶液中，體積比為1: 1:5，溫度為80°C，加熱時間40min。然后，浸于濃度為0.05mol/L的鈦酸四丁酯的異丙醇溶液中進行提拉，提拉的速度是2mm/s，重復提拉15次，最后將上述樣品在450°C馬弗爐中煅燒約lh。
[0033]步驟二: T12晶種誘導T12納米棒的制備
[0034]將步驟一中得到的表面附有T12晶種的硅片置于水熱條件下進行生長T12納米棒。水熱合成條件為130°C的溫度下，在裝有1mL去離子水、1mL濃鹽酸(質(zhì)量分數(shù)37%)和
0.5mL鈦酸四丁酯的反應釜中處理8h，然后取出樣品用氮氣吹干。
[0035]步驟三:T12納米棒表面原位制備PANI納米粒子
[0036]利用原位氧化法在步驟二中所得到的T12納米棒上沉積PANI納米粒子。反應條件為:配制10mL的0.3mol/L苯胺鹽酸鹽溶液，并加入5g過硫酸銨和4g PVP(聚乙烯吡喏烷酮k-30)，混合均勾;將面積為1.5cmX 1.0cm的表面生長有Ti02納米棒的娃片置于反應液中，保持室溫下攪拌3h，得到Si/Ti02/PANI復合材料。
[0037]上述得到的Si/Ti02/PANI層級復合材料中，PANI納米粒子的平均粒徑是32nm，Ti02納米棒的平均直徑為83nm，平均高度為818nm。通過紫外漫反射測試可知，Si/Ti02/PANI復合材料表現(xiàn)出優(yōu)秀的消反射性能，光反射率為9.7% ;通過光電流測試，Si/Ti02/PANI復合材料的光電流約分別為純T12納米棒和純PANI納米粒子的13倍和9倍;通過模擬太陽光環(huán)境，Si/Ti02/PANI層級復合材料光催化降解亞甲基藍，結(jié)合紫外分光光度計考察亞甲基藍濃度隨時間的變化，在7h內(nèi)將染料亞甲基藍完全降解，且降解效率高于純T12納米棒和純PANI納米粒子。
[0038]實施例3:
[0039]步驟一:單晶硅表面生長T12晶種
[0040]將硅片置于ΝΗ3Η20、Η202和H2O的混合溶液中，體積比為1: 1:5，溫度為90°C，加熱時間30min。然后，浸于濃度為0.lmol/L的鈦酸四丁酯的異丙醇溶液中進行提拉，提拉的速度是2mm/s，重復提拉10次，最后將上述樣品在500°C馬弗爐中煅燒約30min。
[0041 ] 步驟二: T12晶種誘導T12納米棒的制備
[0042]將步驟一中得到的表面附有T12晶種的硅片置于水熱條件下進行生長T12納米棒。水熱合成條件為120°C的溫度下，在裝有1mL去離子水、1mL濃鹽酸(質(zhì)量分數(shù)37%)和
0.5mL鈦酸四丁酯的反應釜中處理8h，然后取出樣品用氮氣吹干。
[0043]步驟三:T12納米棒表面原位制備PANI納米粒子
[0044]利用原位氧化法在步驟二中所得到的T12納米棒上沉積PANI納米粒子。反應條件為:配制10mL的0.3mol/L苯胺鹽酸鹽溶液，并加入3g過硫酸銨和4g PVP(聚乙烯吡喏烷酮k-30)，混合均勾;將面積為1.5cmX 1.0cm的表面生長有Ti02納米棒的娃片置于反應液中，保持室溫下攪拌lh，得到Si/Ti02/PANI復合材料。
[0045]上述得到的Si/Ti02/PANI復合材料中，PANI納米粒子的平均粒徑是26nm，Ti02納米棒的平均直徑為83nm，平均高度為818nm。通過紫外漫反射測試可知，Si/Ti02/PANI層級復合材料表現(xiàn)出優(yōu)秀的消反射性能，光反射率低于7 % ;通過光電流測試，Si/Ti02/ΡΑΝΙ復合材料的光電流約分別為純T12納米棒和純PANI納米粒子的12倍和10倍;通過模擬太陽光環(huán)境，Si/Ti02/PANI層級復合材料光催化降解亞甲基藍，結(jié)合紫外分光光度計考察亞甲基藍濃度隨時間的變化，在6.5h內(nèi)將染料亞甲基藍完全降解，且降解效率高于純T12納米棒和純PANI納米粒子。
[0046]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可做出很多簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于三元層級組裝的娃-二氧化鈦-聚苯胺復合材料(Si/Ti02/PANI)，其特征在于:以S1、Ti02和PANI有序?qū)蛹壗M成，Si是P(10)型單晶硅;T12是金紅石相的T12納米棒，為N型半導體，四棱柱形狀，高度為500?4000nm，直徑為40?250nm，有序垂直生長在單晶硅表面;PANI是聚苯胺納米粒子，為P型半導體，粒徑為10?60nm，均勻生長在T12納米棒表面。Si/Ti02/PANI層級復合材料中的Si與T12界面、T12與PANI界面形成雙P/N異質(zhì)結(jié)，可以高效分離光生電荷，同時具有仿生昆蟲復眼結(jié)構(gòu)，可以有效降低入射光在表面的反射率。2.—種制備如權(quán)利要求1所述一種基于三元層級組裝的Si/Ti02/PANI復合材料，其特征是，包括以下步驟: (1)首先對硅片進行親水處理，在其表面生長T12晶種，并置于馬弗爐內(nèi)煅燒一段時間后自然冷卻； (2)然后將步驟(1)中所得到的表面附有T12晶種的硅片置于反應釜中，采用水熱合成的方法在硅片表面誘導生長T12納米棒； (3)最后在步驟(2)中得到的T12納米棒上沉積導電PANI納米粒子，得到三元層級組裝的Si/Ti02/PANI復合材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述的親水處理操作為將硅片置于NH3H2O、H2O2和H2O的混合溶液中，體積比為1: 1:5，溫度為90°C，加熱時間30min。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述的生長T12晶種條件為將親水處理后的硅片浸于濃度為0.05?lmol/L的鈦酸四丁酯的異丙醇溶液中進行提拉或旋涂，提拉的速度是I?10mm/s，重復提拉5?30次，旋涂的速度為500?7000轉(zhuǎn)/分鐘。最后將上述樣品在450?500°C馬弗爐中煅燒約30?60min。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的水熱合成條件為80?.200°C的溫度下，在裝有10?20mL去離子水、6?17mL濃鹽酸(質(zhì)量分數(shù)37%)和0.5?5mL鈦酸四丁酯的反應釜中處理2?19h，然后取出樣品用氮氣吹干。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的在T12納米棒上沉積導電PANI納米粒子，是指利用原位氧化法在T12納米棒上沉積PANI導電高分子顆粒，反應條件為:配制10mL的0.2?0.5moVL苯胺鹽酸鹽溶液，并加入3?7g過硫酸銨和4g PVP(聚乙烯吡喏烷酮k-30)，混合均勻;將面積為1.5cmX 1.0cm的表面生長有T12納米棒的硅片置于反應液中，保持室溫下攪拌I?8h，得到Si/Ti02/PANI復合材料。7.如權(quán)利要求1所述Si/Ti02/PANI復合材料用作光催化降解有機污染物的應用，將.1.5cmX 1.0cm面積的Si/Ti02/PANI層級復合材料放置于5mL的亞甲基藍溶液，濃度為1.0 X.10—5mol/L，然后將其置于暗處Ih讓其達到吸附-解吸平衡，之后用光源對溶液進行光照，對亞甲基藍進行降解。同時，該種復合材料并不局限于應用在光催化降解有機污染物，也適合于其他光催化領(lǐng)域，及光電轉(zhuǎn)化器件、太陽能電池等領(lǐng)域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于三元層級組裝的硅-二氧化鈦-聚苯胺(Si/TiO2/PANI)復合材料，依以下方法制備：(1)首先對硅片進行親水處理，在其表面生長TiO2晶種，并置于馬弗爐內(nèi)煅燒一定的時間；(2)然后將步驟(1)中所得到的表面附有TiO2晶種的硅片置于反應釜中，采用水熱合成的方法在硅片表面誘導生長TiO2納米棒；(3)最后在步驟(2)中得到的TiO2納米棒上沉積導電聚苯胺納米粒子，得到三元層級組裝的Si/TiO2/PANI復合材料。本發(fā)明所涉及的三元層級組裝的Si/TiO2/PANI復合材料具有優(yōu)異的降低材料表面光反射和高效分離光生電荷的能力，可以應用到光催化降解有機染料、光電轉(zhuǎn)化器件和太陽能電池中。
【IPC分類】C08K3/22, C08K3/02, C08K9/00, C08G73/02, B01J31/38, C08L79/02
【公開號】CN105542456
【申請?zhí)枴緾N201510999795
【發(fā)明人】石剛, 李贏, 倪才華, 王大偉, 何飛, 遲力峰, 呂男
【申請人】江南大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月28日