【摘要】：二氧化錫是一種非常重要的寬能級(jí)n型半導(dǎo)體金屬氧化物(禁帶寬度為3.6 eV)由于其具有良好的氣敏性能和獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性能,在氣敏元件、氣體傳感器、電極材料及太陽能電池等多種領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而隨著人們對(duì)二氧化錫的進(jìn)一步研究,發(fā)現(xiàn)它也是一種很好的光催化劑,越來越多的人將其應(yīng)用到光催化領(lǐng)域。光催化作用是在具有較高能量的紫外光照射下激發(fā)產(chǎn)生的,但是由于二氧化錫具有較寬的能級(jí),因此只有較小波長(zhǎng)的紫外光才能激發(fā)它的光催化作用,使得其對(duì)太陽光的利用率較低。另外,在光催化的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的光生電子-空穴對(duì)因?yàn)椴环�(wěn)定而很容易復(fù)合,這也限制了二氧化錫光催化作用的發(fā)揮。所以,為了更好的發(fā)揮二氧化錫在光催化領(lǐng)域中的作用就必須解決兩個(gè)方面的問題:一、減小禁帶寬度;二、降低光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率。本文主要通過離子摻雜和復(fù)合薄膜的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化錫薄膜的改性,具體研究?jī)?nèi)容如下:1.納米晶二氧化錫復(fù)合薄膜的制備及其性能測(cè)試本實(shí)驗(yàn)過程中以二水合氯化錫為錫源,以二水合醋酸鋅為鋅源,均采用溶膠-凝膠法分別制備出SnO_2膠體和ZnO膠體。將制備好的以上兩種膠體按照不同的體積比進(jìn)行混合成復(fù)合膠體,然后通過檢測(cè)對(duì)酸性品紅的降解程度找到最佳的體積配比即為我們需要的SnO_2/ZnO復(fù)合膠體。利用浸漬提拉法使SnO_2膠體和SnO_2/ZnO復(fù)合膠體分別附著在玻璃片上制成不同的薄膜,采用外摻法將B、F、Fe、Co、Ag、La等離子以單摻或者雙摻的形式摻雜在上述薄膜表面,將摻雜后的薄膜在550℃高溫條件下焙燒1 h,通過對(duì)酸性品紅的降解找到最佳的單摻或者雙摻離子濃度。在最佳配比和雙摻條件下進(jìn)一步對(duì)較難降解的土霉素、甲醛進(jìn)行降解后發(fā)現(xiàn)經(jīng)過了薄膜復(fù)合以及離子摻雜等改性措施之后SnO_2的光催化性能有了顯著地提高。2.納米晶二氧化錫復(fù)合薄膜的表征本實(shí)驗(yàn)使用熒光發(fā)射光譜儀(PL)、紫外-可見分光光度計(jì)(UV-vis)、X射線衍射儀(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、氮?dú)馕?脫附儀(BET)等一系列手段對(duì)于SnO_2/ZnO復(fù)合薄膜的光學(xué)性能及結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行表征。其中PL和UV-vis的表征結(jié)果說明經(jīng)過摻雜改性后的SnO_2/ZnO復(fù)合薄膜在光催化過程中產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率得到大大的降低而且擴(kuò)大了SnO_2光吸收響應(yīng)范圍。FE-SEM和BET的表征結(jié)果說明經(jīng)復(fù)合摻雜改性后的薄膜表面粒子分布比較均勻并且顆粒變小比表面積增大,這些改變對(duì)于光催化都是有利的。3.光催化作用機(jī)理的探討SnO_2屬于n型半導(dǎo)體,具有較寬帶隙能(3.6 eV),ZnO也屬于n型半導(dǎo)體同樣具有較寬的帶隙能(3.2 eV),但將SnO_2和ZnO復(fù)合后會(huì)形成交錯(cuò)能級(jí),這樣可以明顯降低SnO_2的帶隙能。而采用離子摻雜后不僅能夠在SnO_2內(nèi)部形成摻雜能級(jí)降低SnO_2的帶隙能,而且摻雜后帶有正負(fù)電荷的離子會(huì)形成電子-空穴對(duì)的捕獲阱,從而使電子-空穴對(duì)的復(fù)合率大大降低。
【圖文】：

納米晶二氧化錫復(fù)合薄膜的光催化性能研究在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最為廣泛也最富有現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)構(gòu)和光催化機(jī)理結(jié)構(gòu)體類型包括四方晶系、立方晶系和正交晶系，而在功能材金紅石結(jié)構(gòu)為主，其它晶型則不能穩(wěn)定存在。從圖 1.1 可石結(jié)構(gòu)：圖中灰色的代表錫離子位于立方體和頂點(diǎn)的中錫離子為頂點(diǎn)構(gòu)成平面三角形的中心上，，形成 Sn-O6 八面間有一條棱共用，且彼此間以鏈狀形式緊密排列，因此此，即使在高溫條件下也不易產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變[18,19]。

圖 1.3 SnO2/ZnO 復(fù)合機(jī)理示意圖晶 SnO2的應(yīng)用 SnO2材料具備許多優(yōu)良的性質(zhì)比如優(yōu)越的光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性性、高穩(wěn)定性、特殊的氣敏性等等，因此 SnO2作為一種功能性甚至在傳感器制作等多種領(lǐng)域均有著非常廣泛的應(yīng)用，而在光，但是近年來隨著人們對(duì)納米 SnO2光催化活性的研究越來越領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸增多。光、電、磁領(lǐng)域的應(yīng)用業(yè)生產(chǎn)為人們的生活帶來便利，例如常見的透明導(dǎo)電膜、透器[78]以及鋰電池[79]和太陽能電池[80]等產(chǎn)品中都有納米 SnO2材納米 SnO良好的導(dǎo)電性能和可見光透明性能，可制成多種光
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2554231