本發(fā)明涉及一種摻雜的半導體材料的制備，尤其涉及一種fto/cuo納米線及其制備方法和應用。

背景技術：

納米結構，由于其有趣的特性和獨特的應用，一直以來都是學者們深入研究的主題。納米cuo是一種多功能材料。當cuo顆粒尺寸小到納米級(1-100nm)時，其表面原子數(shù)、比表面積和表面能等均隨著粒徑的減小而急劇增加，從而表現(xiàn)出小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特點，具有良好的光學性質(zhì)、磁性、催化性能等。但是目前對具有不同形貌和尺寸的cuo材料的研究和應用已經(jīng)在許多領域不能滿足日益擴大的要求了。為了拓展cuo的性能，改性或與其他元素進行摻雜的方法是合成cuo復合材料的一種有效途徑，尤其是與金屬元素的摻雜。在近十年來已經(jīng)合成了許多cuo復合材料，cuo復合材料可以表現(xiàn)出單個材料所不具備的新的化學和物理性質(zhì)，這可能會在許多技術應用中產(chǎn)生新穎的性能。在復合材料中，對金屬元素摻雜的cuo的研究和應用在光電催化領域有著廣泛的應用。

復合半導體納米材料與未摻雜或者未改性材料相比，由于其在電學、光學、熱學和力學性能上的顯著性質(zhì)，而吸引了廣泛的關注。隨著納米科學與技術的進一步發(fā)展，復合半導體納米材料也廣泛應用光電化學性能的研究。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種fto/cuo納米線及其制備方法和應用，該材料有望用于光解水制氫。

本發(fā)明的第一個目的是提供fto/cuo納米線的制備方法，包括以下步驟：

（1）將導電玻璃清洗干凈并吹干；

（2）將pvp溶于去離子水中，攪拌至澄清，依次加入尿素、酒石酸鈉，再加入硫酸銅，攪拌得混合溶液，將混合溶液與步驟（1）得到的導電玻璃轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯，在120℃的條件下反應24小時，然后冷卻至室溫，洗滌烘干后，得到固體薄膜樣品；

（3）將步驟（2）得到的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，得到fto/cuo納米線。

作為優(yōu)選，步驟（2）中各組分的用量比為：pvp：尿素：酒石酸鈉：硫酸銅=0.001-0.002mol：0.03-0.04mol：0.03-0.04mol：0.01-0.03mol。

作為進一步優(yōu)選：步驟（2）中各組分的用量比為：pvp：尿素：酒石酸鈉：硫酸銅=0.002mol：0.03mol：0.03mol：0.01mol。

作為優(yōu)選，步驟（2）中所述烘干是在80℃烘干10小時。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種fto/cuo納米線，使用上述任一所述的方法制備。

本發(fā)明的第三個目的是提供fto/cuo納米線在光解水析氫中的應用。

作為優(yōu)選，是將fto/cuo納米線在電解液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

本發(fā)明成功地制備了cuo納米線，提高了cuo納米線的表面積和載流子濃度，并保持了退火前后材料形貌的一致性，該材料有望用于光解水制氫。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為針對實施例1為本發(fā)明得到的fto/cuo納米線在退火前的掃描電子顯微鏡圖；

圖2為針對實施例1為本發(fā)明得到的fto/cuo納米線在退火后的掃描電子顯微鏡圖；

圖3為針對實施例1為本發(fā)明的fto/cuo納米線的xrd衍射圖；

圖4為針對實施例1為本發(fā)明的fto/cuo納米線的光解水的應用圖。

具體實施方式

以下的實施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的試驗材料，如無特殊說明，均為市售。

本發(fā)明的制備fto/cuo納米線的步驟如下：

（1）首先將導電玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方塊，先用洗滌劑洗三次，每次在超聲波中超聲20min，除去表面油污，然后分別用蒸餾水和去離子水超聲三次，每次20min。最后用無水乙醇超聲洗三次，之后用氮氣吹干，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）將0.001-0.002molpvp(聚乙烯吡咯烷酮)溶于140ml去離子水中，將此溶液攪拌至澄清，依次加入0.03-0.04mol尿素、0.03-0.04mol酒石酸鈉，然后緩慢的加入0.01-0.03mol硫酸銅至以上溶液，接著攪拌1小時，然后將此混合溶液與一片步驟（1）得到的fto全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯，在120℃的條件下反應24小時，然后冷卻至室溫，去離子水反復洗滌后，在80℃烘箱內(nèi)烘干10小時，最終得到固體薄膜樣品。

pvp作為一種合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性質(zhì)，膠體保護作用、成膜性、粘結性、吸濕性、增溶或凝聚作用。

尿素是沉淀劑。

酒石酸鈉在120℃時失去結晶水，再加熱則分解。灼燒時散發(fā)出糖燃燒的氣味，其殘渣(灰分)呈強堿性，遇酸產(chǎn)生泡沫。

由于硫酸銅極易溶于水，因此易電離出銅離子，又由于溶液中存在堿性氣體，因此發(fā)生了cu²⁺+2nh3·h2o=cu(oh)2↓+2nh4⁺然后，由于是120℃的條件下反應24小時，因此，氫氧化銅脫水最后生成fto/cuo前驅(qū)體。

（3）將已經(jīng)制備好的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，最終得到fto/cuo納米線。

（4）將已經(jīng)得到的fto/cuo納米線在電解液為0.5mna2so4溶液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

實施例1

本發(fā)明的制備fto/cuo納米線的步驟如下：

（1）首先將導電玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方塊，先用洗滌劑洗三次，每次在超聲波中超聲20min，除去表面油污，然后分別用蒸餾水和去離子水超聲三次，每次20min。最后用無水乙醇超聲洗三次，之后用氮氣吹干，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）將0.002molpvp溶于140ml去離子水中，將此溶液攪拌至澄清，依此加入0.03mol尿素、0.03mol酒石酸鈉，然后緩慢的加入0.01mol硫酸銅至以上溶液，接著攪拌1小時，然后將此混合溶液與一片步驟（1）得到的fto全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯反應24小時，在120℃的條件下，然后冷卻至室溫，去離子水反復洗滌后，在80℃烘箱內(nèi)烘干10小時，最終得到固體薄膜樣品。對得到的固體薄膜樣品用掃描電子顯微鏡進行掃描，結果見圖1。

圖1為實施例1得到的fto/cuo納米線在退火前的掃描電子顯微鏡圖，即步驟2獲得的固體薄膜樣品的掃描電子顯微鏡圖。由圖我們可以看出一層均勻的納米線被生長在fto的表面，并且該納米線的尺寸均一。

（3）將已經(jīng)制備好的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，最終得到fto/cuo納米線。對得到的fto/cuo納米線用掃描電子顯微鏡進行掃描，結果見圖2。

圖2為實施例1得到的fto/cuo納米線在退火后的掃描電子顯微鏡圖，即步驟3獲得的fto/cuo納米線的掃描電子顯微鏡圖。從圖可得，退火前后對于形貌基本上沒有改變，而且該納米線表面是光滑的。

圖3為實施例1的fto/cuo納米線的xrd衍射圖，其出峰與文獻是一致的，屬于標準卡片的jcpds(801917)。

（4）將已經(jīng)得到的fto/cuo納米線在電解液為0.5mna2so4溶液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

圖4為實施例1的fto/cuo納米線的光解水的應用圖，由圖可以看出，在模擬太陽光的照射下，材料氧化銅很好地進行了光解水生成氫氣與氧氣，由此圖可看出，這種材料可以應用于光解水，這也就有利于利用太陽能，同時，產(chǎn)氫能，環(huán)保節(jié)能。

實施例2

本發(fā)明的制備fto/cuo納米線的步驟如下：

（1）首先將導電玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方塊，先用洗滌劑洗三次，每次在超聲波中超聲20min，除去表面油污，然后分別用蒸餾水和去離子水超聲三次，每次20min。最后用無水乙醇超聲洗三次，之后用氮氣吹干，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）將0.001molpvp溶于140ml去離子水中，將此溶液攪拌至澄清，依此加入0.04mol尿素、0.03mol酒石酸鈉，然后緩慢的加入0.01mol硫酸銅至以上溶液，接著攪拌1小時，然后將此混合溶液與一片步驟（1）得到的fto全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯反應24小時，在120℃的條件下，然后冷卻至室溫，去離子水反復洗滌后，在80℃烘箱內(nèi)烘干10小時，最終得到固體薄膜樣品。

（3）將已經(jīng)制備好的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，最終得到fto/cuo納米線。

（4）將已經(jīng)得到的fto/cuo納米線在電解液為0.5mna2so4溶液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

實施例3

本發(fā)明的制備fto/cuo納米線的步驟如下：

（1）首先將導電玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方塊，先用洗滌劑洗三次，每次在超聲波中超聲20min，除去表面油污，然后分別用蒸餾水和去離子水超聲三次，每次20min。最后用無水乙醇超聲洗三次，之后用氮氣吹干，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）將0.001molpvp溶于140ml去離子水中，將此溶液攪拌至澄清，依次加入0.03mol尿素、0.04mol酒石酸鈉，然后緩慢的加入0.01mol硫酸銅至以上溶液，接著攪拌1小時，然后將此混合溶液與一片步驟（1）得到的fto全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯反應24小時，在120℃的條件下，然后冷卻至室溫，去離子水反復洗滌后，在80℃烘箱內(nèi)烘干10小時，最終得到固體薄膜樣品。

（3）將已經(jīng)制備好的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，最終得到fto/cuo納米線。

（4）將已經(jīng)得到的fto/cuo納米線在電解液為0.5mna2so4溶液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

實施例4

本發(fā)明的制備fto/cuo納米線的步驟如下：

（1）首先將導電玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方塊，先用洗滌劑洗三次，每次在超聲波中超聲20min，除去表面油污，然后分別用蒸餾水和去離子水超聲三次，每次20min。最后用無水乙醇超聲洗三次，之后用氮氣吹干，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）將0.001molpvp溶于140ml去離子水中，將此溶液攪拌至澄清，依次加入0.03mol尿素、0.035mol酒石酸鈉，然后緩慢的加入0.015mol硫酸銅至以上溶液，接著攪拌1小時，然后將此混合溶液與一片步驟（1）得到的fto全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯反應24小時，在120℃的條件下，然后冷卻至室溫，去離子水反復洗滌后，在80℃烘箱內(nèi)烘干10小時，最終得到固體薄膜樣品。

（3）將已經(jīng)制備好的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，最終得到fto/cuo納米線。

（4）將已經(jīng)得到的fto/cuo納米線在電解液為0.5mna2so4溶液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

實施例5

本發(fā)明的制備fto/cuo納米線的步驟如下：

（1）首先將導電玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方塊，先用洗滌劑洗三次，每次在超聲波中超聲20min，除去表面油污，然后分別用蒸餾水和去離子水超聲三次，每次20min。最后用無水乙醇超聲洗三次，之后用氮氣吹干，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）將0.0015molpvp溶于140ml去離子水中，將此溶液攪拌至澄清，依此加入0.035mol尿素、0.03mol酒石酸鈉，然后緩慢的加入0.03mol硫酸銅至以上溶液，接著攪拌1小時，然后將此混合溶液與一片步驟（1）得到的fto全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應內(nèi)襯反應24小時，在120℃的條件下，然后冷卻至室溫，去離子水反復洗滌后，在80℃烘箱內(nèi)烘干10小時，最終得到固體薄膜樣品。

（3）將已經(jīng)制備好的固體薄膜樣品在550℃煅燒3小時，最終得到fto/cuo納米線。

（4）將已經(jīng)得到的fto/cuo納米線在電解液為0.5mna2so4溶液中，利用lsv技術，在模擬太陽光的照射下，進行光解水。

最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。