CN111710754A - 一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法 - Google Patents
一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111710754A CN111710754A CN202010394736.7A CN202010394736A CN111710754A CN 111710754 A CN111710754 A CN 111710754A CN 202010394736 A CN202010394736 A CN 202010394736A CN 111710754 A CN111710754 A CN 111710754A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- zns
- composite material
- phase
- thiourea
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 claims abstract 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 38
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- RHGQOMYDGHIKFH-GNOQXXQHSA-K bis[[(z)-octadec-9-enoyl]oxy]bismuthanyl (z)-octadec-9-enoate Chemical compound [Bi+3].CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O RHGQOMYDGHIKFH-GNOQXXQHSA-K 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims description 14
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 14
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 14
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 claims description 11
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 10
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 7
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 4
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 4
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N phenyl(114C)methanol Chemical compound O[14CH2]C1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 7
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical compound OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0328—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, semiconductor materials provided for in two or more of groups H01L31/0272 - H01L31/032
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种两相一步溶剂热制备Bi2S3‑石墨烯‑ZnS光电复合材料的方法。发明利用氧化石墨烯亲水和亲油的两亲性乳化互不相溶的两种原料溶液,通过一步溶剂热反应,使Bi2S3在氧化石墨烯的一侧沉积,ZnS在另一侧沉积,同时氧化石墨烯被还原为石墨烯,得到Bi2S3‑石墨烯‑ZnS复合材料。本发明方法解决了传统一步法和两步法制备复合材料时,不能保证两种半导体都直接与石墨烯接触,从而影响光电性能的问题。发明的操作简单,通过调节反应液的浓度可以控制复合物的含量,从而改变材料的光电性能,所制备的Bi2S3‑石墨烯‑ZnS复合材料具有较好的光电响应性,在光电领域有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光电半导体领域,具体涉及一种采用两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法。
背景技术
单一的半导体材料在用于光电领域时,一般存在带隙不合适,吸光范围不够宽,和光生电荷分离不及时的问题。要解决以上问题可以采用多种半导体复合的方法,半导体复合可以拓宽材料的吸光范围,同时复合物中产生的内建电场能有效分离光生电子和空穴。同时,在复合物中引入石墨烯可以加速电子的传输,不仅可以加快电子和空穴的分离,而且降低材料电阻,提高其光电流。
Bi2S3是一种窄带隙(约1.3-1.7eV)半导体,其光敏性高,无毒,制备成本低,是一种重要的光电材料。ZnS为宽带隙(带隙3.6-3.8eV)半导体,具有良好的光电性能,广泛应用于各种光学和光电器件中。将Bi2S3与ZnS和石墨烯复合,可结合宽带隙和窄带隙半导体的优点,拓宽吸光范围,加强电子和空穴的分离,加快电子传输,从而提高材料的光电性能。
制备多种半导体和石墨烯复合的材料,一般有两步法和常规的一步法。两步法是在石墨烯上先生长一种半导体,随后生长另一种半导体。常规一步法是在均相体系中使两种半导体同时沉积到石墨烯上。这两种制备方法的共同缺陷是不能控制半导体的生长位置,半导体可能直接与石墨烯接触,或者只与另一种半导体接触。根据前人的研究表明,两种半导体直接与石墨烯接触可以获得较好的光电性能,而上述的两种制备方法都不能保证两种半导体都直接与石墨烯接触。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS复合材料的方法。发明的思路是:利用氧化石墨烯的两亲性乳化互不相溶的两种原料溶液,通过一步溶剂热反应,将两种半导体同时沉积在氧化石墨烯的两侧,同时氧化石墨烯被还原为石墨烯,得到复合材料。
技术方案如下:以油酸铋作为铋源,硫脲作为硫源,苯甲醇为溶剂做为合成Bi2S3的反应溶液。以锌盐作为锌源,硫脲作为硫源,去离子水为溶剂作为合成ZnS的反应溶液。以氧化石墨烯作为两溶液的表面活性剂进行乳化。在溶剂热过程中,Bi2S3在氧化石墨烯的一侧沉积,ZnS在另一侧沉积,同时氧化石墨烯被还原为石墨烯,得到Bi2S3-石墨烯-ZnS复合材料。改变两液相中原料的浓度,可得到含量不同的复合材料,能对其光电性能进行调节。
并且,这一方案可制备单一半导体和石墨烯的复合物。油相溶液中油酸铋和硫脲的浓度为0时,这一方法制备得到的为ZnS沉积于石墨烯一侧的ZnS-石墨烯复合物。水相溶液中锌源和硫脲的浓度为0时,得到的是Bi2S3沉积于石墨烯一侧的Bi2S3-石墨烯复合物。
本发明所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS复合材料的方法,包括以下步骤:
(1)将锌盐和硫脲加入水中,超声使其充分溶解;
(2)将硫脲和油酸铋的油酸溶液加入苯甲醇中,超声混合使其充分溶解;
(3)将步骤(1)和步骤(2)的溶液混合得到两相混合液,在混合液中加入氧化石墨烯作为表面活性剂,超声分散,形成均匀的乳化液,再将这一乳化液转入反应釜中,120度下保温16小时;
(4)将反应得到的混合液离心,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料。
所述步骤(1)中,所述锌盐可为乙酸锌、硝酸锌、氯化锌中的一种或几种;锌盐的浓度范围为0~0.11mol/L,锌盐和硫脲的物质的量的比为2:3。
所述步骤(2)中油酸铋的油酸溶液由以下方法制备:将氧化铋分散在醋酸中得到分散液,将分散液加热到140度使氧化铋完全溶解后降温到130度,加入油酸,同时通入惰性气体,在130度下保温6小时。氧化铋在醋酸中的浓度为0.5mmol/mL,加入油酸的量与醋酸的体积比为3:1。
所述步骤(2)中,油酸铋在苯甲醇中的浓度为0~0.073mol/L,油酸铋和硫脲的物质的量比为2:3。
所述步骤(3)中,苯甲醇溶液和水溶液的体积比为3:5,石墨烯分散在溶液中的浓度为2mg/mL。
所述步骤(3)中,氧化石墨烯在溶剂热反应的过程中被还原为石墨烯。
本发明的有益效果:
本发明提供的以氧化石墨烯为表面活性剂的两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS复合材料的方法,能一步反应实现两种半导体分别在石墨烯的两侧沉积,解决了传统一步法和两步法制备不能保证两种半导体都直接与石墨烯接触的问题。发明的操作简单,通过调节反应液的浓度可以控制复合物的含量,从而改变材料的光电性能,所制备的Bi2S3-石墨烯-ZnS复合材料的光电性能优于Bi2S3-石墨烯和ZnS-石墨烯,在光电领域有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1、2和5制备的Bi2S3-石墨烯、ZnS-石墨烯和Bi2S3-石墨烯-ZnS的X射线衍射图。
图2为本发明实施例5制备的Bi2S3-石墨烯-ZnS的扫描电镜图。
图3为本发明实施例5制备的Bi2S3-石墨烯-ZnS的透射电镜图和元素扫描图。
图4为本发明实施例1-7制备的Bi2S3-石墨烯、ZnS-石墨烯和Bi2S3-石墨烯-ZnS的全光谱光响应电流曲线。由太阳能模拟器提供测试光源,光源强度100mW/cm2,光源开关的时间间隔分别为10秒,施加的电压为0.5V,光响应电流密度为开关光源的电流密度差。
图5为本发明实施例5制备的Bi2S3-石墨烯-ZnS在370、450和520nm的波长光照下,光响应电流随光强的变化。
具体实施方式
实施例1:
(1)将含有0.22mmol油酸铋的油酸溶液和0.33mmol硫脲超声溶解于3mL苯甲醇中,得到澄清溶液;
(2)在步骤(1)得到的溶液中加入5mL水,再加入0.017g氧化石墨烯,超声分散均匀,将混合液转入水热釜中,120度下保温16小时。
(3)将反应得到的溶液在9000r/min的转速下离心4分钟,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到Bi2S3-石墨烯,样品记为BG。
实施例2:
(1)0.11mmol二水合乙酸锌和0.165mmol硫脲超声溶解于5mL水中;
(2)在步骤(1)得到的溶液中加入3mL苯甲醇,再加入0.016g氧化石墨烯,超声分散均匀,将混合液转入反应釜中,120度下保温16小时。
(3)将反应得到的溶液在9000r/min的转速下离心4分钟,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到ZnS-石墨烯,样品记为ZG。
实施例3:
(1)在5mL水中加入0.183mmol二水合乙酸锌和0.275mmol硫脲,超声使其充分溶解;
(2)将含有0.22mmol油酸铋的油酸溶液和0.33mmol硫脲超声溶解于3mL苯甲醇中,得到澄清溶液;
(3)将步骤(1)和步骤(2)的溶液充分混合,在混合液中加入0.017g氧化石墨烯,超声分散均匀,再将与石墨烯的混合液转入反应釜中,120度下保温16小时;
(4)将反应得到的溶液在9000r/min的转速下离心4分钟,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到Bi2S3-石墨烯-ZnS,样品记为BGZ1。
实施例4:将实施例3步骤(1)中,二水合乙酸锌的量改为0.22mmol,硫脲的量改为0.33mmol,其余均同实施例3,样品记为BGZ2。
实施例5:将实施例3步骤(1)中,二水合乙酸锌的量改为0.275mmol,硫脲的量改为0.413mmol,其余均同实施例3,样品记为BGZ3。
实施例6:
(1)在10mL水中加入0.74mmol硝酸锌和1.12mmol硫脲,超声使其充分溶解;
(2)将含有0.44mmol油酸铋的油酸溶液和0.66mmol硫脲超声溶解于6mL苯甲醇中,得到澄清溶液;
(3)将步骤(1)和步骤(2)的溶液充分混合,在混合液中加入0.034g氧化石墨烯,超声分散均匀,再将与石墨烯的混合液转入反应釜中,120度下保温16小时;
(4)将反应得到的溶液在9000r/min的转速下离心4分钟,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到Bi2S3-石墨烯-ZnS,样品记为BGZ4。
实施例7:
(1)在10mL水中加入1.10mmol氯化锌和1.65mmol硫脲,超声使其充分溶解;
(2)将含有0.44mmol油酸铋的油酸溶液和0.66mmol硫脲超声溶解于6mL苯甲醇中,得到澄清溶液;
(3)将步骤(1)和步骤(2)的溶液充分混合,在混合液中加入0.034g氧化石墨烯,超声分散均匀,再将与石墨烯的混合液转入反应釜中,120度下保温16小时;
(4)将反应得到的溶液在9000r/min的转速下离心4分钟,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到Bi2S3-石墨烯-ZnS,样品记为BGZ5。
如图1的X射线衍射图,样品BG在23度位置出现的衍射峰对应于石墨烯,其他所有衍射峰的位置与正交晶系的Bi2S3标准峰位置一致,证明得到了Bi2S3和石墨烯的复合物。样品ZG在23度位置出现的衍射峰对应于石墨烯,其他所有衍射峰的位置与立方晶系的ZnS标准峰位置一致,证明得到的是ZnS和石墨烯的复合物。在样品BGZ3的XRD谱中同时出现了正交晶型Bi2S3和立方晶型ZnS的衍射峰,证明得到的是Bi2S3-石墨烯-ZnS复合物。
由附图2的BGZ3的扫描电镜图可知,得到的为形貌均匀的纳米棒和纳米颗粒的复合物,纳米棒的长度大概为400nm,直径大概50-100nm,纳米颗粒的粒径大概为50-100nm。
由附图3的BGZ3的透射电镜图和元素扫描分析可知,沉积在石墨烯上的Bi2S3为纳米棒状,ZnS为纳米颗粒。
由附图4的全光谱光电响应曲线可知,所有的样品都显示了规律的光响应性。BG的光电流密度为3.04μA cm-2,ZG的光电流密度为0.12μA cm-2,BGZ复合物的光电流密度均高于BG和ZG,并且在Bi2S3含量不变的情况下,随着ZnS含量的增大,光电流密度逐渐增大。BGZ1的光电流密度为5.79μA cm-2。BGZ2的初始光电流密度为44.74μA cm-2,这远高于BG和ZG两个样品的光电流之和,证明Bi2S3和ZnS的复合能提高电子空穴的分离和传输效率。虽然BGZ2的初始光电流密度高于BGZ3,但BGZ3的稳定性优于BGZ2,在110秒后,BGZ3的光电流密度高于BGZ2。在ZnS含量继续增大时,光电流密度逐渐下降。BGZ4的光电流密度为22.4μA cm-2,BGZ5的光电流密度继续下降到8.07μA cm-2。光电响应性在Bi2S3含量不变的情况下,随着ZnS含量的增大,呈现先增强后减弱的趋势。
由附图5,BGZ3在370、450和520nm波长光照下的光电流密度随光强的变化曲线可知,BGZ3在3个波长下的光电响应度与光强近似呈线性关系,表明此复合材料在光电探测领域有潜在的应用。
Claims (7)
1.一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其特征在于利用氧化石墨烯亲水和亲油的两亲性乳化互不相溶的两种原料溶液,通过一步溶剂热反应,使Bi2S3在氧化石墨烯的一侧沉积,ZnS在另一侧沉积,同时氧化石墨烯被还原为石墨烯,得到复合材料。
2.如权利要求1所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其具体步骤为:
(1)将锌盐和硫脲加入水中,超声使其充分溶解;
(2)将油酸铋的油酸溶液和硫脲加入苯甲醇中,超声混合使其充分溶解;
(3)将步骤(1)和步骤(2)的溶液混合得到两相混合液,在混合液中加入氧化石墨烯作为表面活性剂,超声分散,形成均匀的乳化液,再将这一乳化液转入反应釜中,120度下保温16小时;
(4)将反应得到的混合液离心,得到的沉淀物用甲苯,乙醇,蒸馏水分别清洗三次,最后置于60度恒温干燥箱中干燥得到Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述锌盐可为乙酸锌、硝酸锌、氯化锌中的一种或几种;锌盐在水溶液中的浓度范围为0~0.11mol/L,锌盐和硫脲的物质的量的比为2:3。
4.根据权利要求2所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其特征在于,所述步骤(2)中油酸铋的油酸溶液由以下方法制备:将氧化铋分散在醋酸中得到分散液,将分散液加热到140度使氧化铋完全溶解后降温到130度,加入油酸,同时通入惰性气体,在130度下保温6小时;氧化铋在醋酸中的浓度为0.5mmol/mL,加入油酸的量与醋酸的体积比为3:1。
5.根据权利要求2所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,油酸铋在苯甲醇溶液中的浓度为0~0.073mol/L,油酸铋和硫脲的物质的量比为2:3。
6.根据权利要求2所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,苯甲醇溶液和水溶液的体积比为3:5,石墨烯分散在溶液中的浓度为2mg/mL。
7.根据权利要求2所述的一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,氧化石墨烯在溶剂热反应的过程中被还原为石墨烯。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010394736.7A CN111710754B (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010394736.7A CN111710754B (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111710754A true CN111710754A (zh) | 2020-09-25 |
CN111710754B CN111710754B (zh) | 2023-01-06 |
Family
ID=72537272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010394736.7A Active CN111710754B (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111710754B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114870867A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-08-09 | 桂林理工大学 | 一种以氧化石墨烯为乳化剂两相合成CdS-石墨烯-ZnS复合材料的方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070160747A1 (en) * | 2006-01-12 | 2007-07-12 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating an inorganic nanocomposite |
US20130089769A1 (en) * | 2010-04-28 | 2013-04-11 | Flexel, Llc | Thin flexible electrochemical energy cell |
CN104045105A (zh) * | 2014-05-11 | 2014-09-17 | 桂林理工大学 | 一种低温两相合成法制备硫化镉量子点的方法 |
CN104903793A (zh) * | 2012-10-29 | 2015-09-09 | 西北大学 | 热启动和投影平版印刷系统和方法 |
US20180291974A1 (en) * | 2017-04-06 | 2018-10-11 | Akebono Brake Industry Co., Ltd | Ferrous based friction material |
CN109012700A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-18 | 桂林理工大学 | 一种硫化铜-49氧化18钨-石墨烯纳米复合材料的制备方法 |
CN109256279A (zh) * | 2017-07-14 | 2019-01-22 | 上海杉杉科技有限公司 | 一种石墨烯和Co3O4复合材料的制备方法 |
CN110247038A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-17 | 天能电池集团股份有限公司 | 一种Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-05-11 CN CN202010394736.7A patent/CN111710754B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070160747A1 (en) * | 2006-01-12 | 2007-07-12 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating an inorganic nanocomposite |
US20130089769A1 (en) * | 2010-04-28 | 2013-04-11 | Flexel, Llc | Thin flexible electrochemical energy cell |
CN104903793A (zh) * | 2012-10-29 | 2015-09-09 | 西北大学 | 热启动和投影平版印刷系统和方法 |
CN104045105A (zh) * | 2014-05-11 | 2014-09-17 | 桂林理工大学 | 一种低温两相合成法制备硫化镉量子点的方法 |
US20180291974A1 (en) * | 2017-04-06 | 2018-10-11 | Akebono Brake Industry Co., Ltd | Ferrous based friction material |
CN109256279A (zh) * | 2017-07-14 | 2019-01-22 | 上海杉杉科技有限公司 | 一种石墨烯和Co3O4复合材料的制备方法 |
CN109012700A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-18 | 桂林理工大学 | 一种硫化铜-49氧化18钨-石墨烯纳米复合材料的制备方法 |
CN110247038A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-17 | 天能电池集团股份有限公司 | 一种Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料及其制备方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114870867A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-08-09 | 桂林理工大学 | 一种以氧化石墨烯为乳化剂两相合成CdS-石墨烯-ZnS复合材料的方法 |
CN114870867B (zh) * | 2022-04-12 | 2023-08-11 | 桂林理工大学 | 一种以氧化石墨烯为乳化剂两相合成CdS-石墨烯-ZnS复合材料的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111710754B (zh) | 2023-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Haydous et al. | The impact of ligands on the synthesis and application of metal halide perovskite nanocrystals | |
CN111348674B (zh) | Cs3Cu2X5(X=Cl、Br、I)纳米晶的制备方法及产物 | |
KR101633388B1 (ko) | 구리-인듐-갈륨-황-셀레늄 박막 태양전지의 광 흡수층의 제조 방법 | |
CN1802734A (zh) | 成型纳米结晶颗粒及其制备方法 | |
CN107681054B (zh) | 一种钙钛矿晶体纳米线的制备方法 | |
CN106159088B (zh) | 一种大晶粒有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法 | |
CN110611014B (zh) | 一种Cs3Cu2I5紫外探测器及其薄膜制备方法 | |
CN110205118A (zh) | 表面缺陷钝化的金属卤化物钙钛矿纳米晶、其制备和应用 | |
CN107046098B (zh) | 一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法 | |
CN106986373A (zh) | 一种ZnO纳米棒的制备方法 | |
CN110255607B (zh) | 一种高稳定性十字形CsPbBr3钙钛矿纳米晶的制备方法及其制得的产品 | |
CN111710754B (zh) | 一种两相一步溶剂热制备Bi2S3-石墨烯-ZnS光电复合材料的方法 | |
CN108383151A (zh) | 一种形貌可控的碘化铅材料及其制备方法 | |
Ojha et al. | Modifications in structural morphology of CH3NH3PbI3 perovskite using nitrilotriacetic acid and glycine as habit modifiers | |
CN113636597B (zh) | 一种钽掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法 | |
CN113621369B (zh) | 一种具有多发射峰的钙钛矿材料的制备方法及其产品和应用 | |
CN111607387B (zh) | 一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 | |
CN113502085B (zh) | 硫化铅胶体量子点墨水、制备方法及在可印刷太阳能电池中的应用 | |
CN113106535B (zh) | 一种二维钙钛矿单晶的制备方法 | |
CN112625679B (zh) | 一种全无机卤素钙钛矿纳米线的异质结及其制备方法 | |
Nishi et al. | Well-controlled synthesis of wurtzite-type Cu 2 ZnSnS 4 nanoparticles using multiple sulfur sources via a two-step heating process | |
CN114082425A (zh) | 一种Bi2S3/AgBiS2纳米团簇的制备方法 | |
RU2540385C2 (ru) | Способ получения полупроводниковых коллоидных квантовых точек сульфида кадмия | |
CN110776000B (zh) | 一种全无机钙钛矿纳米晶及其制备方法和在半导体器件上的应用 | |
CN112853423A (zh) | 一种高光电化学性能的氧化亚铜薄膜及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |