Au、CdS纳米颗粒修饰ZnO纳米管阵列的制备及其光电化学性能研究
发布时间：2021-01-27 23:17
近年来,采用光电化学分解水技术,通过构筑半导体微纳结构,实现利用太阳能进行分解水制氢等可存储清洁能源的制备是光电领域的一个重要研究方向。然而,单一半导体微纳结构常常由于其光生载流子复合率较高,导致其光电化学性能较差和光电转换效率较低。构筑合适的复合半导体微纳结构,是有效提高半导体光电极材料光电化学性能的途径之一。在本论文中,采用电化学沉积法和碱性溶液的化学刻蚀手段,成功制备出ZnO纳米管阵列结构。采用水热还原法和化学浴沉积法对ZnO纳米管阵列结构进行Au和CdS纳米粒子修饰,成功构筑了 ZnO/Au、ZnO/CdS、及ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构。并利用多种实验测试表征手段,对所构筑的ZnO基纳米管阵列结构进行成分、形貌、光学和光电化学性能的研究,分析并阐明了 ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构光生载流子转移和分离过程,以及光电化学性能的增强机制。本论文的主要研究内容和结论包括:（1）利用电化学沉积并结合化学刻蚀法,以硝酸锌（ZnNO3·6H2O）为Zn源,制备出六方纤锌矿型的ZnO纳米管阵列;然后利用水热还原法,以氯金酸（HAuCl4）和柠檬酸三钠（C6H5Na2O7·2H2O...
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）六方纤辞矿示意图；（ｂ）立方闪锌矿示意图??
制得的ＺｎＯ纳米管阵列样品置于管式炉中于４００°Ｃ的条件下进行３０?ｍｉｎ的退火处理，升??温速度控制在ｌ〇°Ｃ／ｍｉｎ。图３－１为ＺｎＯ纳米管阵列结构的制备过程示意图。??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?＾?＾?Ｌ?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＾?１＾?＾??糊—ｔｊ傭??＼?＼１署，?Ｉ?Ｉ?１??＇？?ＦＴＯ?ＺｎＯ?ＮＲＡｓ?％?ＺｎＯ?ＮＴＡｓ??图３－１?ＺｎＯ纳米管阵列结构的制备过程示意图??ＺｎＯ纳米管的形成机制：ＺｎＯ半导体材料是一种较为典型的两性氧化物，可以与酸??和强碱发生反应。ＺｎＯ半导体材料在碱性溶液中的反应进程如下［６３］：??Ｚｎ０＋２０Ｈ—Ｚｎ〇２２－＋Ｈ２〇?（３－１）??本论文实验中用化学刻蚀法将ＺｎＯ纳米棒阵列结构在碱性条件下刻蚀为ＺｎＯ纳米??管阵列结构，一方面是依据于上述化学反应。另一方面，由于六方纤锌矿结构ＺｎＯ的??｛０００１｝（即三维晶面指数的（００２）晶面）晶面为极性面，具有较高的表面能［４５］。该晶??面具有较高的反应活性，可以优先与碱性刻蚀液反应，使得ＺｎＯ纳米棒轴心位置优先被??腐蚀为中空状态。ＺｎＯ纳米管的中空结构，可以有效减少电化学沉积的ＺｎＯ纳米棒｛０００１｝??晶面的缺陷，从而展现出更好的光电化学等性能。??３．２．２?ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵歹ＩＪ结构的制备??米用水热还原法在ＺｎＯ纳米管阵列表面修饰负载Ａｕ纳米颗粒，构筑ＺｎＯ／Ａｕ纳米??管阵列结构，实验步骤描述如下：??首先，将１?ｇＨＡｕＣＵ药品配置成体积分数为１％的ＨＡｕＣＵ水溶液，避光保存。其次，??取０．８９?ｍＬＨＡｕＣＵ水溶液用适量的去离子水稀释为１００?ｍＬ溶液。然后，向稀释后的氯?
实验结束时，用去离子水充分缓速冲洗样品，然后置于６０°Ｃ恒温干燥箱干燥。干燥??完成后，可以明显观察到样品呈粉红色。图３－２为ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列结构的制备过程??不意图。??雜｜??ＺｎＯ?ＮＴＡｓ?．?ＺｎＯ／Ａｕ?ＮＴＡｓ??图３－２?ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列的制备过程示意图??３３样品表征及光电化学性能研究??３．３．１成分和形貌表征??图３－３是利用电化学沉积法在ＦＴＯ导电玻璃上沉积生长的ＺｎＯ纳米棒阵列结构、??经化学刻蚀后所得的ＺｎＯ纳米管阵列结构、以及结合水热还原法构筑的ＺｎＯ／Ａｕ纳米管??阵列结构和纯ＦＴＯ导电基底玻璃的ＸＲＤ图，用来分析所制备实验样品的元素组成和晶??体结构。如ＸＲＤ图所示，除了黑色“？”标记的ＦＴＯ导电玻璃衍射峰位外，ＺｎＯ纳米棒阵??列和ＺｎＯ纳米管阵列均出现了六个相同衍射角度位置的衍射峰，分别位于２ｅ为３１．７°、??３４．４。、３６．２°、４７．５°、６２．８°和?７２．６°的位置，与六方纤锌矿结构?ＺｎＯ?的（１００）、（００２）、??（１０１）、（１０２）、（１０３）以及（１１２）晶面衍射峰——对应（ＪＣＰＤＳＮｏ．?３６－１４５１?）。其中，??２ｅ在３４．４°对应的（００２）晶面衍射峰强度最高，这说明制备的ＺｎＯ纳米棒、纳米管阵列??沿ｃ轴方向生长，具有良好的生长取向性。但在ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列结构的ＸＲＤ图中，??只观察到与上述ＺｎＯ纳米棒和纳米管阵列结构相同的六个闪锌矿型ＺｎＯ的特征衍射峰，??没有观察到Ａｕ的明显衍射峰，这可能是在ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列结构中，Ａｕ纳米粒子的??修饰负载量较少的缘故。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2030年后世界能源将走向何方?——全球主要能源展望报告分析[J]. 曹斌,李文涛,杜国敏,吴浩筠. 国际石油经济. 2016(11)
[2]纳米氧化锌陶瓷材料的制备方法及研究进展[J]. 李抗,黄剑锋. 陶瓷学报. 2010(02)
[3]水热条件下ZnO微晶的结晶习性及其形成机理[J]. 王步国,施尔畏,仲维卓,夏长泰,李文军,殷之文. 硅酸盐学报. 1997(02)
硕士论文
[1]竹材表面仿生功能构建及形成机理研究[D]. 李景鹏.浙江农林大学 2015
本文编号：3003905
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）六方纤辞矿示意图；（ｂ）立方闪锌矿示意图??
制得的ＺｎＯ纳米管阵列样品置于管式炉中于４００°Ｃ的条件下进行３０?ｍｉｎ的退火处理，升??温速度控制在ｌ〇°Ｃ／ｍｉｎ。图３－１为ＺｎＯ纳米管阵列结构的制备过程示意图。??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?＾?＾?Ｌ?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＾?１＾?＾??糊—ｔｊ傭??＼?＼１署，?Ｉ?Ｉ?１??＇？?ＦＴＯ?ＺｎＯ?ＮＲＡｓ?％?ＺｎＯ?ＮＴＡｓ??图３－１?ＺｎＯ纳米管阵列结构的制备过程示意图??ＺｎＯ纳米管的形成机制：ＺｎＯ半导体材料是一种较为典型的两性氧化物，可以与酸??和强碱发生反应。ＺｎＯ半导体材料在碱性溶液中的反应进程如下［６３］：??Ｚｎ０＋２０Ｈ—Ｚｎ〇２２－＋Ｈ２〇?（３－１）??本论文实验中用化学刻蚀法将ＺｎＯ纳米棒阵列结构在碱性条件下刻蚀为ＺｎＯ纳米??管阵列结构，一方面是依据于上述化学反应。另一方面，由于六方纤锌矿结构ＺｎＯ的??｛０００１｝（即三维晶面指数的（００２）晶面）晶面为极性面，具有较高的表面能［４５］。该晶??面具有较高的反应活性，可以优先与碱性刻蚀液反应，使得ＺｎＯ纳米棒轴心位置优先被??腐蚀为中空状态。ＺｎＯ纳米管的中空结构，可以有效减少电化学沉积的ＺｎＯ纳米棒｛０００１｝??晶面的缺陷，从而展现出更好的光电化学等性能。??３．２．２?ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵歹ＩＪ结构的制备??米用水热还原法在ＺｎＯ纳米管阵列表面修饰负载Ａｕ纳米颗粒，构筑ＺｎＯ／Ａｕ纳米??管阵列结构，实验步骤描述如下：??首先，将１?ｇＨＡｕＣＵ药品配置成体积分数为１％的ＨＡｕＣＵ水溶液，避光保存。其次，??取０．８９?ｍＬＨＡｕＣＵ水溶液用适量的去离子水稀释为１００?ｍＬ溶液。然后，向稀释后的氯?
实验结束时，用去离子水充分缓速冲洗样品，然后置于６０°Ｃ恒温干燥箱干燥。干燥??完成后，可以明显观察到样品呈粉红色。图３－２为ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列结构的制备过程??不意图。??雜｜??ＺｎＯ?ＮＴＡｓ?．?ＺｎＯ／Ａｕ?ＮＴＡｓ??图３－２?ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列的制备过程示意图??３３样品表征及光电化学性能研究??３．３．１成分和形貌表征??图３－３是利用电化学沉积法在ＦＴＯ导电玻璃上沉积生长的ＺｎＯ纳米棒阵列结构、??经化学刻蚀后所得的ＺｎＯ纳米管阵列结构、以及结合水热还原法构筑的ＺｎＯ／Ａｕ纳米管??阵列结构和纯ＦＴＯ导电基底玻璃的ＸＲＤ图，用来分析所制备实验样品的元素组成和晶??体结构。如ＸＲＤ图所示，除了黑色“？”标记的ＦＴＯ导电玻璃衍射峰位外，ＺｎＯ纳米棒阵??列和ＺｎＯ纳米管阵列均出现了六个相同衍射角度位置的衍射峰，分别位于２ｅ为３１．７°、??３４．４。、３６．２°、４７．５°、６２．８°和?７２．６°的位置，与六方纤锌矿结构?ＺｎＯ?的（１００）、（００２）、??（１０１）、（１０２）、（１０３）以及（１１２）晶面衍射峰——对应（ＪＣＰＤＳＮｏ．?３６－１４５１?）。其中，??２ｅ在３４．４°对应的（００２）晶面衍射峰强度最高，这说明制备的ＺｎＯ纳米棒、纳米管阵列??沿ｃ轴方向生长，具有良好的生长取向性。但在ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列结构的ＸＲＤ图中，??只观察到与上述ＺｎＯ纳米棒和纳米管阵列结构相同的六个闪锌矿型ＺｎＯ的特征衍射峰，??没有观察到Ａｕ的明显衍射峰，这可能是在ＺｎＯ／Ａｕ纳米管阵列结构中，Ａｕ纳米粒子的??修饰负载量较少的缘故。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2030年后世界能源将走向何方?——全球主要能源展望报告分析[J]. 曹斌,李文涛,杜国敏,吴浩筠. 国际石油经济. 2016(11)
[2]纳米氧化锌陶瓷材料的制备方法及研究进展[J]. 李抗,黄剑锋. 陶瓷学报. 2010(02)
[3]水热条件下ZnO微晶的结晶习性及其形成机理[J]. 王步国,施尔畏,仲维卓,夏长泰,李文军,殷之文. 硅酸盐学报. 1997(02)
硕士论文
[1]竹材表面仿生功能构建及形成机理研究[D]. 李景鹏.浙江农林大学 2015
本文编号：3003905
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