本文關(guān)鍵詞：基于ZnO納米陣列的光電及光催化性能研究

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【摘要】：半導(dǎo)體材料作為光催化劑可以利用豐富的太陽(yáng)能解決當(dāng)前的能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái),半導(dǎo)體光催化在科學(xué)和工程領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。例如,由于具有被電子填滿的價(jià)帶和未填充電子的導(dǎo)帶這種特殊的價(jià)帶結(jié)構(gòu),像TiO_2、ZnO、CdS和ZnS等半導(dǎo)體材料不僅可以作為敏化劑應(yīng)用于光氧化還原過(guò)程也可以作為染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用于光解水產(chǎn)生氫氣。但這些材料絕大部分可見光范圍內(nèi)的光催化效率較差因此在光氧化還原和光解水產(chǎn)氫等領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。ZnO具有優(yōu)良的電導(dǎo)傳輸效率和化學(xué)穩(wěn)定性,同時(shí)在室溫下具有較大的禁帶寬度(Eg=3.37 eV)和較高的電子激發(fā)結(jié)合能(60 meV),從而使其具有獨(dú)特的催化、電學(xué)、光電學(xué)、光化學(xué)性質(zhì)。不幸的是,受制于帶隙(3.37 eV)較大以及光生載流子復(fù)合速率快,ZnO只能吸收利用紫外區(qū)域的光子(最多只占太陽(yáng)光譜的3~5%)而且光電轉(zhuǎn)換效率低。因此,擴(kuò)大ZnO材料的可見光響應(yīng)范圍、提高光生電子-空穴對(duì)的分離和傳輸是使其得到更廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:1利用簡(jiǎn)單的水熱合成法制備出整齊排列的六棱柱形ZnO納米棒陣列,相應(yīng)的表征顯示所合成的ZnO納米棒為直徑約200 nm,長(zhǎng)度1-2μm的六棱柱。同時(shí)對(duì)ZnO納米陣列形成的機(jī)理進(jìn)行了討論,并且對(duì)其在未來(lái)研究和應(yīng)用方面做了一些展望。2利用光還原沉積法制備出Au修飾ZnO納米線陣列復(fù)合物。形貌表征顯示此復(fù)合物中ZnO納米線表面沉積Au納米顆粒的同時(shí)相鄰的ZnO納米線被Au納米線串聯(lián)起來(lái)而形成網(wǎng)絡(luò)狀框架結(jié)構(gòu)。光電性能測(cè)試結(jié)果表明這種復(fù)合物的性能有大幅度的提高。并且對(duì)性能提高的機(jī)理進(jìn)行了分析研究。3通過(guò)簡(jiǎn)單有效的方法合成了Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié),在排列整齊的ZnO納米線陣列上合成了Bi_2MoO_6納米片。該復(fù)合物表現(xiàn)出優(yōu)良的可見光光電化學(xué)性能,優(yōu)異的性能歸因于復(fù)合物的形成使得電荷分離和傳輸效率有了很大的提高。
【關(guān)鍵詞】：納米半導(dǎo)體 氧化鋅 鉬酸鉍 分層異質(zhì)結(jié) 光催化 光電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;O643.36
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 光催化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用11-13
• 1.2.1 光催化技術(shù)的發(fā)展歷程11
• 1.2.2 光催化機(jī)理11-12
• 1.2.3 光催化材料與應(yīng)用12-13
• 1.3 氧化鋅納米材料不同制備方法總結(jié)13-17
• 1.3.1 水熱法14-15
• 1.3.2 模板法15-16
• 1.3.3 氣相沉積法16
• 1.3.4 溶膠-凝膠法16-17
• 1.4 氧化鋅納米材料的改性研究17-20
• 1.4.1 摻雜法17
• 1.4.2 量子點(diǎn)修飾17-19
• 1.4.3 半導(dǎo)體復(fù)合異質(zhì)結(jié)19-20
• 1.5 氧化鋅納米材料的應(yīng)用20-21
• 1.5.1 場(chǎng)發(fā)射顯示器21
• 1.5.2 氣敏傳感器21
• 1.5.3 壓敏電阻21
• 1.6 本論文的研究思路和研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 ZnO納米陣列光電極的合成與性能研究23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器23-24
• 2.2.2 ZnO納米棒陣列光電極的制備24-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-29
• 2.3.1 樣品表征結(jié)果分析26-28
• 2.3.2 紫外-可見漫反射吸收光譜分析28
• 2.3.3 樣品光電性能研究28-29
• 2.3.4 ZnO納米陣列的實(shí)際應(yīng)用與展望29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 Au修飾ZnO納米陣列實(shí)現(xiàn)可見光響應(yīng)及其光電性能研究31-43
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器32
• 3.2.2 Au修飾ZnO納米陣列光電極的制備32-33
• 3.2.3 Au修飾ZnO納米陣列形貌的調(diào)控33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-41
• 3.3.1 樣品的結(jié)構(gòu)與物相表征34-37
• 3.3.2 紫外-可見漫反射吸收光譜分析37-38
• 3.3.3 樣品的光電性能研究38-39
• 3.3.4 樣品的電化學(xué)性能研究39-41
• 3.3.5 樣品性能提高之機(jī)理研究41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第4章 Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié)光電極的制備及光催化性能研究43-54
• 4.1 引言43-44
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分44-47
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與測(cè)試儀器44-45
• 4.2.2 Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié)光電極的制備45-46
• 4.2.3 Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié)形貌調(diào)控46-47
• 4.3 結(jié)果與討論47-53
• 4.3.1 Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié)表征分析47-49
• 4.3.2 紫外-可見漫反射吸收和熒光光譜分析49-50
• 4.3.3 Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié)光電性能研究50-52
• 4.3.4 Bi_2MoO_6/ZnO復(fù)合異質(zhì)結(jié)光催化產(chǎn)氫機(jī)理研究52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-67
• 致謝67-68
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄68

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