本文關(guān)鍵詞：Cu_2O基納米異質(zhì)結(jié)的制備及光催化、光電和氣敏性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氧化亞銅(Cu2O)是一種直接帶隙p型半導(dǎo)體,因其具有較窄的禁帶寬度(~2.1 eV)而在光催化降解、太陽能電池、氣敏傳感器等方面有著很好的應(yīng)用前景,但其在使用過程中還存在有穩(wěn)定性差等問題。氧化鋅(ZnO)是一種直接帶隙n型半導(dǎo)體,其禁帶寬度為~3.3 eV,具有很高的電子遷移率(100cm2/V.s)且可以制備出形貌多樣的納米結(jié)構(gòu),其應(yīng)用更為廣泛。但是ZnO應(yīng)用在光催化和太陽能領(lǐng)域存在對太陽光的吸收效率低的問題。以Cu2O材料為基,研究其制備方法,并將其與Zn O材料或是金屬(Cu)材料與之形成納米尺度的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,以期克服其單體材料的缺點而獲得更好的光催化、光電化學(xué)和氣體敏感性能。通過低溫水熱合成法、化學(xué)浴沉積法、電化學(xué)沉積法和微波水熱法等合成手段的應(yīng)用,制備出了形貌結(jié)構(gòu)可調(diào)控的具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜材料和空心球粉體材料,并系統(tǒng)分析了其性能,其結(jié)果分列如下:采用一種簡便的低溫水熱法,在無模板的條件下,以ITO玻璃為基底制備了ZnO納米棒陣列薄膜。研究了水熱時間以及基底對ZnO納米棒形貌的影響,分析了ZnO納米棒陣列的生長機制。在無籽晶層的ITO玻璃上生長的ZnO納米棒直徑較大,大約為500 nm,其排列不規(guī)整。在有籽晶層的ITO玻璃上生長的ZnO納米棒直徑較小,大約為100 nm,其排列規(guī)整。生長過程中鋅片參與到反應(yīng)中對ZnO納米棒的生長在初期有促進作用。在不同基底上生長的納米棒均呈現(xiàn)六棱柱狀,且具有良好的單晶結(jié)構(gòu)。以Cu(NO3)2·3H2O的DMSO溶液為電解液,以ZnO納米棒陣列薄膜為工作電極,采用恒電位沉積法制備出Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列薄膜。Cu2O以量子點(納米顆粒)形式附著在ZnO納米棒表面,通過改變電沉積時間可調(diào)控Cu2O量子點的數(shù)量,從而對整個材料的形貌產(chǎn)生影響。研究了不同電沉積時間的試樣對甲基橙(MO)的光催化降解性能。與純的Cu2O和ZnO相比較,基于Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列對甲基橙的光催化性能有了很大的提高。電沉積時間為20 min時所得到的Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列對甲基橙的光催化效率最高,其在室溫可見光照射下對甲基橙的光催化降解速率可達1.96 mg h-1 cm2。其優(yōu)異的光催化性能,源于其較好的光吸收結(jié)構(gòu)、較大的比表面以及異質(zhì)界面形成的有效的電荷分離轉(zhuǎn)移機制。Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的光催化降解循環(huán)穩(wěn)定性隨著量子點沉積量的增大而減小。采用化學(xué)浴沉積法,在ZnO納米棒陣列上沉積,制備了Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列薄膜。研究了化學(xué)浴循環(huán)次數(shù)對產(chǎn)物形貌的影響,分析了Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的形成機制,研究了材料的光電化學(xué)性能。結(jié)果顯示Cu2O以量子點的形式附著在ZnO納米棒表面,隨著化學(xué)浴循序次數(shù)的增加Cu2O量子點的尺寸和數(shù)量不斷增加。當(dāng)化學(xué)浴循環(huán)次數(shù)為10次時,所得Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒表面Cu2O覆蓋均勻,以其作為光陽極裝配量子點敏化太陽電池也表現(xiàn)出最佳的光電轉(zhuǎn)換性能,其在標(biāo)準(zhǔn)太陽光(AM1.5)照射下光電轉(zhuǎn)換效率可達1.17%。進一步,為改善電池光電化學(xué)穩(wěn)定性,采用熱處理的方式在Cu2O量子點表面生成了一層CuO的保護層,其光電化學(xué)穩(wěn)定得到了提高,但是其光電轉(zhuǎn)換效率初始值有稍許下降,以化學(xué)浴循環(huán)次數(shù)10次的電極為例,其光電轉(zhuǎn)換效率由1.17%下降到1.10%。采用微波水熱法,以醋酸銅和抗壞血酸作為反應(yīng)物,在100℃下制備了多孔Cu/Cu2O納米異質(zhì)結(jié)空心球材料。研究了水熱時間對產(chǎn)物物相形貌的影響,分析了空心球形成機制;研究了材料的光催化和氣敏性能,對其光催化性能和氣敏性能的增強機制進行了探討。隨著水熱時間的增長空心球中Cu含量逐漸增加,球體也由實心逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭招?水熱時間持續(xù)增長,空心球的壁厚不斷變薄,直到最后空心球發(fā)生破裂形成納米顆粒。形成的多孔Cu/Cu2O空心球其殼層由尺寸在10~50 nm之間的納米顆粒組成,空心球的尺寸為亞微米級別,在100~500 nm之間�？招那虻男纬芍饕獨w功于奧斯瓦爾德熟化機制。在水熱30 min時所得空心球?qū)谆仍谑覝乜梢姽庹丈涞臈l件下具有很好的光催化降解性能,其降解速率可達9.21 mg min-1 g-1。同時,多孔Cu/Cu2O空心球?qū)O2氣體在室溫下具有較好的氣體敏感性能。在水熱30 min時所得空心球,由于其具較大的比表面積,多孔的薄殼層和金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)等特點,使其具有比其他空心球更為優(yōu)異的光催化和氣敏性能,其在室溫下對濃度為10 ppm的NO2氣體的感應(yīng)靈敏度可達6.27,相應(yīng)時間則為21 s,且經(jīng)過15天后仍具有很好的響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：Cu2O ZnO 納米陣列 異質(zhì)結(jié) 量子點 空心球 光催化 光電化學(xué) 氣敏
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ131.21;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 論文的主要創(chuàng)新與貢獻9-12
• 第1章 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 氧化亞銅（Cu_2O）納米材料13-22
• 1.2.1 Cu_2O的基本特性13-14
• 1.2.2 Cu_2O納米材料的制備方法14-20
• 1.2.3 Cu_2O納米材料的應(yīng)用20-22
• 1.3 一維氧化鋅（ZnO）納米材料22-32
• 1.3.1 ZnO的基本性質(zhì)23-24
• 1.3.2 一維ZnO納米材料的制備方法24-29
• 1.3.3 一維ZnO納米材料的應(yīng)用29-32
• 1.4 選題依據(jù)及意義32-33
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容33-34
• 第2章 實驗及表征測試34-44
• 2.1 引言34
• 2.2 原料和設(shè)備34-36
• 2.2.1 實驗原料34-35
• 2.2.2 實驗設(shè)備35-36
• 2.3 表征測試和儀器36-44
• 第3章 低溫水熱法制備ZnO納米棒陣列薄膜44-52
• 3.1 引言44
• 3.2 實驗過程44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-51
• 3.3.1 ZnO納米棒陣列的結(jié)構(gòu)45-48
• 3.3.2 ZnO納米棒陣列的生長機制48-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 電化學(xué)沉積法制備Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列及其光催化性能52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 實驗過程53
• 4.3 結(jié)果與討論53-62
• 4.3.1 Cu_2O/ZnO異質(zhì)納米棒陣列薄膜的結(jié)構(gòu)53-58
• 4.3.2 Cu_2O/ZnO異質(zhì)納米棒陣列薄膜的性能58-61
• 4.3.3 Cu_2O/ZnO異質(zhì)納米棒陣列薄膜的光催化增強機制61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第5章 化學(xué)浴沉積法制備Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列及其光電化學(xué)性能64-78
• 5.1 引言64-65
• 5.2 實驗過程65-66
• 5.2.1 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的制備65
• 5.2.2 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的性能測試65-66
• 5.3 結(jié)果與討論66-76
• 5.3.1 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的形貌及結(jié)構(gòu)66-69
• 5.3.2 形成Cu_2O量子點的化學(xué)反應(yīng)及機理69
• 5.3.3 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的性能測試69-74
• 5.3.4 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的CuO保護層74-76
• 5.4 本章小結(jié)76-78
• 第6章 微波水熱法制備Cu/Cu_2O異質(zhì)結(jié)空心球及其光催化和氣敏性能78-96
• 6.1 引言78-79
• 6.2 實驗過程79-80
• 6.2.1 Cu/Cu_2O異質(zhì)結(jié)亞微米空心球的制備79
• 6.2.2 Cu/Cu_2O異質(zhì)結(jié)空心球的表征和性能測試79-80
• 6.3 結(jié)果與討論80-94
• 6.3.1 Cu/Cu_2O異質(zhì)結(jié)空心球的結(jié)構(gòu)80-85
• 6.3.2 Cu/Cu_2O異質(zhì)結(jié)空心球的形成機制85-86
• 6.3.3 Cu/Cu_2O納米異質(zhì)結(jié)空心球的性能86-94
• 6.4 本章小結(jié)94-96
• 主要結(jié)論與展望96-98
• 參考文獻98-111
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文111-112
• 致謝112-113

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 ;Photocatalytic degradation of methyl orange over ITO/CdS/ZnO interface composite films[J];Journal of Environmental Sciences;2009年07期

2 朱俊武,陳海群,謝波,楊緒杰,陸路德,汪信;納米Cu_2O的制備及其對高氯酸銨熱分解的催化性能[J];催化學(xué)報;2004年08期

3 汪學(xué)軍,樓濤;光化學(xué)降解溶解有機物及其對生物過程的影響(英文)[J];感光科學(xué)與光化學(xué);2004年04期

  本文關(guān)鍵詞：Cu_2O基納米異質(zhì)結(jié)的制備及光催化、光電和氣敏性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：329144