本發(fā)明涉及cu2o納米同質(zhì)結(jié)的制備方法，尤其是涉及一種核殼結(jié)構(gòu)p-cu2o/n-cu2o納米同質(zhì)結(jié)材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

cu2o是一種典型的半導(dǎo)體光電材料，特別是一種理想的作為光電化學(xué)分解水技術(shù)中光電陰極的材料。cu2o的納米結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣易于控制和制備，如納米棒、納米管等。自從法國物理學(xué)家edmondbecquerel發(fā)現(xiàn)了某些感光化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生電流，科學(xué)研究人員一直熱衷于將光子的能量轉(zhuǎn)化成電能或者化學(xué)能，因此光電催化分解水產(chǎn)氫也是備受關(guān)注。但是基于納米材料的同質(zhì)結(jié)比較難以制備,并且存在陣列電極制備繁瑣的問題，為制備cu2o基光電器件，如光電催化光電陰極、發(fā)光二極管等，人們需要生長各種類型的同質(zhì)結(jié)，如pp同質(zhì)結(jié)、nn同質(zhì)結(jié)、pn同質(zhì)結(jié)等。相對于異質(zhì)結(jié)而言,同質(zhì)結(jié)具有晶格失配小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前cu2o基納米核殼結(jié)構(gòu)的同質(zhì)結(jié)陣列幾乎沒有報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種低成本，制備周期短，光電化學(xué)性能優(yōu)異的p-cu2o/n-cu2o同質(zhì)結(jié)納米核殼結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)p-cu2o/n-cu2o納米同質(zhì)結(jié)材料包括襯底，在襯底上自下而上依次有內(nèi)層p-cu2o納米棒，外層n-cu2o包覆層。制備步驟如下：

1)襯底預(yù)處理：將銅片表面剝光處理，置于超聲清洗機(jī)中用去離子水、乙醇各超聲10min，后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

2)p-cu2o納米棒陣列制備：配置2m～10mnaoh溶液，將該naoh溶液倒入電解池中，以所述銅片襯底為工作電極，組成標(biāo)準(zhǔn)三電極體系；在常溫下，對工作電極加以20ma～50ma恒電流，得到cu(oh)2納米棒陣列前驅(qū)體；退火處理，將cu(oh)2納米棒陣列前驅(qū)體置于惰性保護(hù)氣中，升溫至500℃，進(jìn)行退火處理，得到p-cu2o納米棒陣列。

3)n-cu2o包覆層制備：配制cu(ch3coo)2，ch3cooh和kcl混合溶于去離子水中配置成溶液，用naoh溶液調(diào)整ph至4.2～5.3；將上述制得的p-cu2o納米棒陣列作為工作電極，建立一個三電極體系，保持50℃恒溫，外加+0.02v或者-0.2～-0.5v恒電壓沉積核殼結(jié)構(gòu)的n-cu2o外層包覆層；后用去離子水清洗并在常溫下自然風(fēng)干，獲得產(chǎn)品。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明中，制備了晶格失配小、光電化學(xué)性能優(yōu)異的p-cu2o/n-cu2o同質(zhì)結(jié)納米核殼結(jié)構(gòu)，較其他薄膜同質(zhì)結(jié)的性能更為優(yōu)異。

2)制備n-cu2o包覆層為{100}面截?cái)嗟氖骟w納米晶型，其暴露面擁有{110}晶面族，由于{110}晶面族具有更高的銅原子密度，更容易和溶液中帶負(fù)電的分子產(chǎn)生靜電吸附相互作用，從而可獲得更高的光電催化活性。

3)采用電化學(xué)沉積法包覆n-cu2o外層，可直接在陣列上進(jìn)行包覆，既簡化了制作工藝又降低了生產(chǎn)成本，較其他方法更為簡易，結(jié)晶質(zhì)量好，包覆更緊密。

附圖說明

圖1為核殼結(jié)構(gòu)cu2o納米同質(zhì)結(jié)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，①為銅片襯底、②為cu2o內(nèi)層納米棒陣列、③為電化學(xué)沉積法生長的cu2o外層包覆層。

圖2為cu(oh)2納米棒陣列前驅(qū)體(a)、p-cu2o納米棒陣列(b)、p-cu2o/n-cu2o納米核殼結(jié)構(gòu)(c)表面形貌sem圖片；

圖3為cu(oh)2納米棒陣列前驅(qū)體(a)、p-cu2o納米棒陣列(b)的xrd圖片；

圖4為p-cu2o納米棒(a)，n-cu2o(b)的mott-schottky曲線；

圖5為n-cu2o包覆層的{100}面截?cái)嗟氖骟w納米晶型sem示意圖；

圖6為核殼結(jié)構(gòu)p-cu2o/n-cu2o納米同質(zhì)結(jié)陣列光電化學(xué)性能的j-v曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1.

1)襯底預(yù)處理：將銅片切割成1cm×2cm大小，表面剝光處理，置于超聲清洗機(jī)中用去離子水、乙醇各超聲10min，后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

2)p-cu2o納米棒陣列制備：配置5mnaoh溶液，將該naoh溶液倒入電解池中，以所述銅片襯底為工作電極，ag/agcl為參比電極，鉑絲為對電極組成標(biāo)準(zhǔn)三電極體系；在常溫下，對工作電極加以30ma恒電流，得到cu(oh)2納米棒陣列前驅(qū)體；將cu(oh)2納米棒陣列前驅(qū)體置于惰性保護(hù)氣中，3℃/min緩慢升溫至500℃，進(jìn)行退火處理，得到p-cu2o納米棒陣列。

3)n-cu2o包覆層制備：配制0.02mcu(ch3coo)2溶液，0.08mch3cooh溶液和5mmkcl溶液混合并攪拌均勻，用2mnaoh溶液調(diào)整ph至4.2；將上述制得的p-cu2o納米棒陣列作為工作電極，ag/agcl為參比電極，鉑絲為對電極建立一個三電極體系，50℃恒溫水浴，外加-0.2v恒電壓包覆核殼結(jié)構(gòu)的n-cu2o外層；后用去離子水清洗并在常溫下自然風(fēng)干。

實(shí)施例2.

1)襯底預(yù)處理：將銅片切割成1cm×2cm大小，表面剝光處理，置于超聲清洗機(jī)中用去離子水、乙醇各超聲10min，后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

2)p-cu2o納米棒陣列制備：采用濕化學(xué)法制備cu(oh)2前驅(qū)體，分別制備4ml的8mnaoh溶液和2ml的1m(nh4)s2o8溶液，攪拌混合均勻后，將上述銅片置于燒杯底部，在室溫下進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)4min，立即將銅片取出并用去離子水反復(fù)沖洗，在室溫下風(fēng)干，得到cu(oh)2前驅(qū)體；將cu(oh)2前驅(qū)體放入真空管式爐進(jìn)行退火，通入氬氣，以5℃/min的速度升溫至500℃，之后隨爐冷卻，制得p型cu2o納米棒。

3)n-cu2o包覆層制備：配制0.02mcu(ch3coo)2溶液，0.08mch3cooh溶液和3mmkcl溶液混合并攪拌均勻，用2mnaoh溶液調(diào)整ph至4.9；將上述制得的p-cu2o納米棒陣列作為工作電極，ag/agcl為參比電極，鉑絲為對電極建立一個三電極體系，50℃恒溫水浴，外加+0.02v恒電壓包覆核殼結(jié)構(gòu)的n-cu2o外層；后用去離子水清洗并在常溫下自然風(fēng)干，獲得產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例制備獲得的核殼結(jié)構(gòu)p-cu2o/n-cu2o納米同質(zhì)結(jié)材料其光電化學(xué)性能相對于p-cu2o/n-cu2o薄膜同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有了極大的提高，通常p-cu2o/n-cu2o薄膜同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光電流密度僅為-2μa/cm²～-0.5ma/cm²左右，而本發(fā)明制得的p-cu2o/n-cu2o納米同質(zhì)結(jié)材料其光電流密度可以達(dá)到-6～-10ma/cm²，已接近c(diǎn)u2o基納米異質(zhì)結(jié)材料的光電化學(xué)性能，通過觀測其形貌可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明制備獲得的n-cu2o包覆層為{100}面截?cái)嗟氖骟w納米晶型，其擁有{110}晶面族；由于核殼結(jié)構(gòu)的包覆可以實(shí)現(xiàn)最大面積的p-n同質(zhì)結(jié)有效接觸，且本發(fā)明成功制備n-cu2o包覆層為{100}面截?cái)嗟氖骟w納米晶型，其擁有{110}晶面族，由于{110}晶面族具有更高的銅原子密度，更容易和溶液中帶負(fù)電的分子產(chǎn)生靜電吸附相互作用，從而可獲得更高的光電催化活性。