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】：半導體材料作為光催化劑可以利用豐富的太陽能解決當前的能源問題和環(huán)境問題。近年來,半導體光催化在科學和工程領(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帶和未填充電子的導帶這種特殊的價帶結(jié)構(gòu),像TiO_2、ZnO、CdS和ZnS等半導體材料不僅可以作為敏化劑應(yīng)用于光氧化還原過程也可以作為染料敏化太陽能電池應(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)良的電導傳輸效率和化學穩(wěn)定性,同時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),從而使其具有獨特的催化、電學、光電學、光化學性質(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(最多只占太陽光譜的3~5%)而且光電轉(zhuǎn)換效率低。因此,擴大ZnO材料的可見光響應(yīng)范圍、提高光生電子-空穴對的分離和傳輸是使其得到更廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容。本論文主要研究內(nèi)容如下:1利用簡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,長度1-2μm的六棱柱。同時對ZnO納米陣列形成的機理進行了討論,并且對其在未來研究和應(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納米顆粒的同時相鄰的ZnO納米線被Au納米線串聯(lián)起來而形成網(wǎng)絡(luò)狀框架結(jié)構(gòu)。光電性能測試結(jié)果表明這種復(fù)合物的性能有大幅度的提高。并且對性能提高的機理進行了分析研究。3通過簡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】：納米半導體 氧化鋅 鉬酸鉍 分層異質(zhì)結(jié) 光催化 光電化學性能
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 量子點修飾17-19
• 1.4.3 半導體復(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內(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 實驗部分23-26
• 2.2.1 實驗試劑與儀器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 實驗部分32-34
• 3.2.1 實驗試劑與儀器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 樣品的電化學性能研究39-41
• 3.3.5 樣品性能提高之機理研究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 實驗部分44-47
• 4.2.1 實驗試劑與測試儀器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)氫機理研究52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-67
• 致謝67-68
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文目錄68

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本文編號：520160