阅读说明：本技术 一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法 (Simple method for blackening white semiconductor oxide ) 是由 鲍皓明 张洪文 蔡伟平 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法,在白色半导体氧化物与醇类接触的情况下共热,从而实现白色半导体氧化物的黑化。本发明能使白色半导体氧化物快速、高效、低成本地实现黑化。(The invention discloses a simple method for blackening a white semiconductor oxide, which is heated together under the condition that the white semiconductor oxide is contacted with alcohols, so that the blackening of the white semiconductor oxide is realized. The invention can realize the blackening of the white semiconductor oxide quickly, efficiently and at low cost.)

一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法

技术领域

本发明涉及白色半导体氧化物黑化技术领域，尤其涉及一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法。

背景技术

白色半导体氧化物，如二氧化钛(TiO₂)、氧化锡(SnO₂)和氧化锌(ZnO)等，由于具有强的电荷分离能力和优异的稳定性，在太阳能的转化和利用方面有着巨大的潜力。然而，白色半导体氧化物通常具有宽的带隙(>2.8ev)，因此对占总太阳辐射能量约50％的可见光的吸收少，造成对太阳能的利用率低下。对白色半导体氧化物进行黑化(或者说是提高对可见光的吸收)是提高太阳能器件效率的一个重要方法。

近期的研究表明：通过在白色半导体氧化物表面创造出几个纳米厚度的无序层是可以实现白色半导体氧化物黑化的；例如：美国密苏里堪萨斯大学的陈小波教授等人在《Science》科学杂志2011年331卷6018期的《Increasing Solar Absorption forPhotocatalysis with Black Hydrogenated Titanium Dioxide Nanocrystals》一文中报道了在20.0bar纯氢气气氛中，在200℃下处理纯白色TiO₂纳米粒子5天，制备黑色TiO₂纳米粒子的方法。显然，这种黑化方法对实验设备的要求高、周期长、需要高纯的高压的氢气作为还原剂，这使得这种黑化方法的工艺流程相对复杂、成本较高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法，能使白色半导体氧化物快速、高效、低成本地实现黑化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法，在白色半导体氧化物与醇类接触的情况下共热，从而实现白色半导体氧化物的黑化。

优选地，所述的在白色半导体氧化物与醇类接触的情况下共热包括：液态醇与白色半导体氧化物混合后加热；和/或，在醇蒸汽与白色半导体氧化物接触的情况下加热。

优选地，所述共热的加热温度为150～450℃。

优选地，所述的醇类采用一元醇、二元醇或多元醇中的至少一种。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的简单的黑化白色半导体氧化物的方法利用了Mars-van-Krevelen催化机制，通过将白色半导体氧化物与醇类共热，从而快速、高效、低成本地实现了白色半导体氧化物的黑化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例1提供的黑化白色半导体氧化物的设备的结构示意图。

图2为未黑化的锐钛矿二氧化钛与本发明实施例1黑化后的锐钛矿二氧化钛的光学吸收谱对比图。

图3为采用甲醇、乙醇、正辛醇黑化的锐钛矿二氧化钛的光学吸收谱对比图。

图4为未黑化的氧化锡、未黑化的氧化锌、未黑化的金红石二氧化钛与黑化后的氧化锡、黑化后的氧化锌、黑化后的金红石二氧化钛的光学吸收谱对比图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明所提供的简单的黑化白色半导体氧化物的方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法，在白色半导体氧化物与醇类接触的情况下共热，加热温度为150～450℃，从而实现白色半导体氧化物的黑化。

其中，所述的在白色半导体氧化物与醇类接触的情况下共热包括：液态醇与白色半导体氧化物混合后加热；和/或，在醇蒸汽与白色半导体氧化物接触的情况下加热。

具体地，所述的醇类采用一元醇、二元醇或多元醇中的至少一种，并且这些醇类可以为液态醇，也可以为醇蒸汽。

进一步地，本发明所提供的黑化白色半导体氧化物的方法，在与醇类共热时，白色半导体氧化物将通过Mars-van-Krevelen机制催化醇类，这种催化的后果就是白色半导体氧化物的表面会产生大量的氧空位，并且这些氧空位随后被醇类的羟基保护起来避免空气的氧化，从而形成非晶的无序层，并实现白色半导体氧化物的黑化。

综上可见，本发明实施例能使白色半导体氧化物快速、高效、低成本地实现黑化。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的简单的黑化白色半导体氧化物的方法进行详细描述。

实施例1

如图1所示的黑化白色半导体氧化物的设备包括管式炉、导气管和尾气吸收装置。

一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法，先将锐钛矿二氧化钛粉末与正丁醇按照10～0.5:1的质量比充分混合，然后放置于管式炉中，在空气气氛中以150～450℃加热5min～1h，从而得到黑化的锐钛矿二氧化钛粉体。

实施例2

一种简单的黑化白色半导体氧化物的方法，先将锐钛矿二氧化钛粉末放置在管式炉中，然后向该管式炉中通入氩气加载的浓度为0.1～20ppm的甲醇蒸汽，并以150～450℃加热0.5～20h，从而得到黑化的锐钛矿二氧化钛粉体。

性能对比

(1)检测未黑化的锐钛矿二氧化钛与本发明实施例1黑化后的锐钛矿二氧化钛的光学吸收谱，从而得到如图2所示的光学吸收谱对比图。由图2可以看出：与未黑化锐钛矿二氧化钛相比，本发明实施例1黑化后的锐钛矿二氧化钛大幅提高了对可见光的吸收率。

(2)按照本发明实施例1所述的黑化白色半导体氧化物的方法，分别采用甲醇、乙醇、正辛醇替代正丁醇对锐钛矿二氧化钛粉体进行黑化，并分别检测甲醇、乙醇、正辛醇黑化后的锐钛矿二氧化钛的光学吸收谱，从而得到如图3所示的光学吸收谱对比图。由图3可以看出：不同醇类对锐钛矿二氧化钛的黑化能力不同。

(3)按照本发明所提供的黑化白色半导体氧化物的方法，采用正丁醇在350℃的共热温度下分别对氧化锡、氧化锌、金红石二氧化钛进行黑化，并分别检测未黑化的氧化锡、未黑化的氧化锌、未黑化的金红石二氧化钛、黑化后的氧化锡、黑化后的氧化锌、黑化后的金红石二氧化钛的光学吸收谱，从而得到如图4所示的光学吸收谱对比图。其中，图4A为未黑化的氧化锡与黑化后的氧化锡的光学吸收谱对比图，图4B为未黑化的氧化锌与黑化后的氧化锌的光学吸收谱对比图，图4C为未黑化的金红石二氧化钛与黑化后的金红石二氧化钛的光学吸收谱对比图。由图4可以看出：与未黑化的白色半导体氧化物相比，黑化后的氧化锡、黑化后的氧化锌、黑化后的金红石二氧化钛均大幅提高了对可见光的吸收率。

综上可见，本发明实施例能使白色半导体氧化物快速、高效、低成本地实现黑化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。