近年來,采用光電化學分解水技術(shù),通過構(gòu)筑半導體微納結(jié)構(gòu),實現(xiàn)利用太陽能進行分解水制氫等可存儲清潔能源的制備是光電領(lǐng)域的一個重要研究方向。然而,單一半導體微納結(jié)構(gòu)常常由于其光生載流子復合率較高,導致其光電化學性能較差和光電轉(zhuǎn)換效率較低。構(gòu)筑合適的復合半導體微納結(jié)構(gòu),是有效提高半導體光電極材料光電化學性能的途徑之一。在本論文中,采用電化學沉積法和堿性溶液的化學刻蝕手段,成功制備出ZnO納米管陣列結(jié)構(gòu)。采用水熱還原法和化學浴沉積法對ZnO納米管陣列結(jié)構(gòu)進行Au和CdS納米粒子修飾,成功構(gòu)筑了 ZnO/Au、ZnO/CdS、及ZnO/Au/CdS納米管陣列結(jié)構(gòu)。并利用多種實驗測試表征手段,對所構(gòu)筑的ZnO基納米管陣列結(jié)構(gòu)進行成分、形貌、光學和光電化學性能的研究,分析并闡明了 ZnO/Au/CdS納米管陣列結(jié)構(gòu)光生載流子轉(zhuǎn)移和分離過程,以及光電化學性能的增強機制。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括:（1）利用電化學沉積并結(jié)合化學刻蝕法,以硝酸鋅（ZnNO3·6H2O）為Zn源,制備出六方纖鋅礦型的ZnO納米管陣列;然后利用水熱還原法,以氯金酸（HAuCl4）和檸檬酸三鈉（C6H5Na2O7·2H2O... 

【文章來源】：中央民族大學北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?（ａ）六方纖辭礦示意圖；（ｂ）立方閃鋅礦示意圖??

制得的ＺｎＯ納米管陣列樣品置于管式爐中于４００°Ｃ的條件下進行３０?ｍｉｎ的退火處理，升??溫速度控制在ｌ〇°Ｃ／ｍｉｎ。圖３－１為ＺｎＯ納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備過程示意圖。??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?＾?＾?Ｌ?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＾?１＾?＾??糊—ｔｊ傭??＼?＼１署，?Ｉ?Ｉ?１??＇？?ＦＴＯ?ＺｎＯ?ＮＲＡｓ?％?ＺｎＯ?ＮＴＡｓ??圖３－１?ＺｎＯ納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備過程示意圖??ＺｎＯ納米管的形成機制：ＺｎＯ半導體材料是一種較為典型的兩性氧化物，可以與酸??和強堿發(fā)生反應(yīng)。ＺｎＯ半導體材料在堿性溶液中的反應(yīng)進程如下［６３］：??Ｚｎ０＋２０Ｈ—Ｚｎ〇２２－＋Ｈ２〇?（３－１）??本論文實驗中用化學刻蝕法將ＺｎＯ納米棒陣列結(jié)構(gòu)在堿性條件下刻蝕為ＺｎＯ納米??管陣列結(jié)構(gòu)，一方面是依據(jù)于上述化學反應(yīng)。另一方面，由于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)ＺｎＯ的??｛０００１｝（即三維晶面指數(shù)的（００２）晶面）晶面為極性面，具有較高的表面能［４５］。該晶??面具有較高的反應(yīng)活性，可以優(yōu)先與堿性刻蝕液反應(yīng)，使得ＺｎＯ納米棒軸心位置優(yōu)先被??腐蝕為中空狀態(tài)。ＺｎＯ納米管的中空結(jié)構(gòu)，可以有效減少電化學沉積的ＺｎＯ納米棒｛０００１｝??晶面的缺陷，從而展現(xiàn)出更好的光電化學等性能。??３．２．２?ＺｎＯ／Ａｕ納米管陣歹ＩＪ結(jié)構(gòu)的制備??米用水熱還原法在ＺｎＯ納米管陣列表面修飾負載Ａｕ納米顆粒，構(gòu)筑ＺｎＯ／Ａｕ納米??管陣列結(jié)構(gòu)，實驗步驟描述如下：??首先，將１?ｇＨＡｕＣＵ藥品配置成體積分數(shù)為１％的ＨＡｕＣＵ水溶液，避光保存。其次，??�。埃福�?ｍＬＨＡｕＣＵ水溶液用適量的去離子水稀釋為１００?ｍＬ溶液。然后，向稀釋后的氯?

實驗結(jié)束時，用去離子水充分緩速沖洗樣品，然后置于６０°Ｃ恒溫干燥箱干燥。干燥??完成后，可以明顯觀察到樣品呈粉紅色。圖３－２為ＺｎＯ／Ａｕ納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備過程??不意圖。??雜｜??ＺｎＯ?ＮＴＡｓ?．?ＺｎＯ／Ａｕ?ＮＴＡｓ??圖３－２?ＺｎＯ／Ａｕ納米管陣列的制備過程示意圖??３３樣品表征及光電化學性能研究??３．３．１成分和形貌表征??圖３－３是利用電化學沉積法在ＦＴＯ導電玻璃上沉積生長的ＺｎＯ納米棒陣列結(jié)構(gòu)、??經(jīng)化學刻蝕后所得的ＺｎＯ納米管陣列結(jié)構(gòu)、以及結(jié)合水熱還原法構(gòu)筑的ＺｎＯ／Ａｕ納米管??陣列結(jié)構(gòu)和純ＦＴＯ導電基底玻璃的ＸＲＤ圖，用來分析所制備實驗樣品的元素組成和晶??體結(jié)構(gòu)。如ＸＲＤ圖所示，除了黑色“？”標記的ＦＴＯ導電玻璃衍射峰位外，ＺｎＯ納米棒陣??列和ＺｎＯ納米管陣列均出現(xiàn)了六個相同衍射角度位置的衍射峰，分別位于２ｅ為３１．７°、??３４．４。、３６．２°、４７．５°、６２．８°和?７２．６°的位置，與六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)?ＺｎＯ?的（１００）、（００２）、??（１０１）、（１０２）、（１０３）以及（１１２）晶面衍射峰——對應(yīng)（ＪＣＰＤＳＮｏ．?３６－１４５１?）。其中，??２ｅ在３４．４°對應(yīng)的（００２）晶面衍射峰強度最高，這說明制備的ＺｎＯ納米棒、納米管陣列??沿ｃ軸方向生長，具有良好的生長取向性。但在ＺｎＯ／Ａｕ納米管陣列結(jié)構(gòu)的ＸＲＤ圖中，??只觀察到與上述ＺｎＯ納米棒和納米管陣列結(jié)構(gòu)相同的六個閃鋅礦型ＺｎＯ的特征衍射峰，??沒有觀察到Ａｕ的明顯衍射峰，這可能是在ＺｎＯ／Ａｕ納米管陣列結(jié)構(gòu)中，Ａｕ納米粒子的??修飾負載量較少的緣故。??１６??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2030年后世界能源將走向何方?——全球主要能源展望報告分析[J]. 曹斌,李文濤,杜國敏,吳浩筠.  國際石油經(jīng)濟. 2016(11)
[2]納米氧化鋅陶瓷材料的制備方法及研究進展[J]. 李抗,黃劍鋒.  陶瓷學報. 2010(02)
[3]水熱條件下ZnO微晶的結(jié)晶習性及其形成機理[J]. 王步國,施爾畏,仲維卓,夏長泰,李文軍,殷之文.  硅酸鹽學報. 1997(02)

碩士論文
[1]竹材表面仿生功能構(gòu)建及形成機理研究[D]. 李景鵬.浙江農(nóng)林大學 2015



本文編號：3003905