基于多巴胺改性的3C-SiC纳米晶杂化薄膜的制备

摘要

本发明属于半导体材料技术领域，涉及一种基于多巴胺改性的3C-SiC纳米晶杂化薄膜的制备方法，包括：清洗导电玻璃；导电玻璃的改性：将适量多巴胺溶解于溶入弱碱性的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中，将清洗后的导电玻璃浸泡于上述溶液中，室温下静置24h以上；3C-SiC纳米晶表面的改性：将适量平均粒径为3nm的3C-SiC纳米晶均匀分散于浓度为0.3-0.5mg/mL的多巴胺水溶液中制成悬浮液；3C-SiC纳米晶薄膜的制备：将2）中改性后的导电玻璃置于4）中悬浮液中，真空干燥，得到厚度为4-6μm的3C-SiC纳米晶薄膜。本发明过程简单，且制备的薄膜结构稳定，并具有较窄的带隙。

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体薄膜材料，特别涉及一种导电玻璃表面(ITO)制备多巴胺（Dopamine）改性的3C-SiC纳米晶薄膜的制备。 

背景技术

碳化硅（SiC）一种IV-IV族共价键结构的二元化合物半导体，它是一种同质多型体，它的同质异型体多达200多种，常见的是3C-SiC，4H-SiC，6H-SiC等。3C-SiC禁带宽度比较窄，约为2.3eV，在比较宽的可见光区（尤其是短波长）具有较高的发光效率。同时，作为一种典型的P型半导体，比一般的N型半导体（例如TiO₂﹑GaN等）具有更强的化学稳定性。当3C-SiC为超细纳米晶时具有较好的光分解水性能。He等人采用全氟磺酸溶液作为粘结剂，将3C-SiC纳米晶滴涂在玻碳电极上制成了具有光电极，获得较好的光催化分解水性能，但膜层分布不均匀，且容易发生剥落，影响长期使用效果，因此，制备性能优异的3C-SiC纳米晶薄膜是使其获得实际应用的关键。 

多巴胺(Dopamine)是一种生物神经递质，本身带有负电的邻苯二酚羟基官能团和正电的氨基官能团，几乎可与表面具有正负电荷的任何物质结合。多巴胺在碱性条件下能够发生自聚-交联反应，在固体材料表面很容易形成紧密的聚多巴胺膜层，为固体材料的粘结和改性带来便利条件。当采用多巴胺对半导体材料进行改性时，不仅可以提高半导体和基体之间的粘结性，同时能够为电子的传输提供通道，降低半导体中光生电子-空穴的复合几率，因此将多巴胺用于光催化半导体材料的改性可有效提高光电转换效率。目前，关于利用多巴胺制备二氧化钛纳米薄膜材料的已有报道，但是未见有人将其应用于3C-SiC纳米晶薄膜的制备中。将导电玻璃浸泡在碱性条件下的多巴胺溶液中，导电玻璃表面会形成一层致密聚多巴胺层。同时，3C-SiC表面带有负电，多巴胺能对3C-SiC纳米晶表面进行改性，使其表面带有氨基官能团。将具有多巴胺层的导电玻璃置于3C-SiC的多巴胺水溶液中，可以得到质量较好的3C-SiC薄膜材料。 

发明内容

本发明目的的在于提出一种将多巴胺用于3C-SiC纳米晶薄膜的制备方法。该方法过程简单，且制备的薄膜结构稳定，并具有较窄的带隙，在光催化领域具有广阔的应用前景。 

本发明是通过以下技术方案加以实现的，其特征在于包括以下步骤： 

一种基于多巴胺改性的3C-SiC纳米晶杂化薄膜的制备方法，包括下列步骤： 

1）清洗导电玻璃； 

2）配制pH=8-10的醋酸-醋酸钠缓冲溶液； 

3）导电玻璃的改性：按照0.5-1.5mg：1mL的固液质量体积比，将多巴胺溶解于溶入醋 酸-醋酸钠缓冲溶液中，将清洗后的导电玻璃浸泡于上述溶液中，室温下静置24h以上。 

4）3C-SiC纳米晶表面的改性：将适量平均粒径为3nm的3C-SiC纳米晶均匀分散于浓度为0.3-0.5mg/mL的多巴胺水溶液中制成悬浮液； 

5）3C-SiC纳米晶薄膜的制备：将2）中改性后的导电玻璃置于4）中悬浮液中，在60-80℃的温度下真空干燥，将溶剂蒸发，最后得到厚度为4-6μm的3C-SiC纳米晶薄膜。 

附图说明

图1（a）为Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的表面形貌（SEM)图； 

图1（b）为Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的截面形貌（SEM)图； 

图2为Dopamine﹑3C-SiC以及Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的紫外可见（UV-Vis）图谱； 

图3为Dopamine﹑3C-SiC以及Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的傅立叶红外（FTIR）图谱。 

具体实施方案

下面结合附图和实施例，对本发明进行说明。将导电玻璃分别置于丙酮、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液（溶剂为乙醇和水，其体积比为1:1）以及去离子水中，分别超声30min。然后将导电玻璃用吹风机冷风吹干，存放于干燥处。将2mg多巴胺加入到4mL的缓冲溶液中（由醋酸和醋酸钠溶液组成，pH=8.5)，超声30min。将导电玻璃浸泡于上述溶液中，室温下静置24h。将4mg SiC纳米晶（平均粒径3nm）置于10mL浓度为0.4mg/mL多巴胺水溶液中，常温下以350r/min速度磁力搅拌24h，制备SiC纳米晶悬浮液。而后将改性后的导电玻璃浸入上述悬浮液中，并置于真空干燥箱中，干燥温度为70℃，将溶剂蒸发，最后得到厚度大约为5.58μm的3C-SiC纳米晶薄膜。图1（a）为Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的表面形貌（SEM)图；图1（b）为Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的截面形貌（SEM)图；图2为Dopamine﹑3C-SiC以及Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的紫外可见（UV-Vis）图谱；图3为Dopamine﹑3C-SiC以及Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜的傅立叶红外（FTIR）图谱。 

测试结果：扫描电子显微形貌照片证实Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜结构致密、均匀，且颗粒大小均一，薄膜厚度为970nm左右；紫外可见吸收光谱证实了Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜吸收边红移；傅立叶红外光谱证实了Dopamine改性的3C-SiC杂化纳米晶薄膜中存在SiC与多巴胺两种物质，其中Si-C键在890cm^-1具有伸缩振动峰，而氨基和羟基的伸缩振动峰在3500cm^-1左右。