基于ZnO纳米阵列的光电及光催化性能研究

发布时间：2017-07-05 02:12

  本文关键词：基于ZnO纳米阵列的光电及光催化性能研究

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【摘要】：半导体材料作为光催化剂可以利用丰富的太阳能解决当前的能源问题和环境问题。近年来,半导体光催化在科学和工程领域的应用得到了广泛关注。例如,由于具有被电子填满的价带和未填充电子的导带这种特殊的价带结构,像TiO_2、ZnO、CdS和ZnS等半导体材料不仅可以作为敏化剂应用于光氧化还原过程也可以作为染料敏化太阳能电池应用于光解水产生氢气。但这些材料绝大部分可见光范围内的光催化效率较差因此在光氧化还原和光解水产氢等领域的应用受到了限制。ZnO具有优良的电导传输效率和化学稳定性,同时在室温下具有较大的禁带宽度(Eg=3.37 eV)和较高的电子激发结合能(60 meV),从而使其具有独特的催化、电学、光电学、光化学性质。不幸的是,受制于带隙(3.37 eV)较大以及光生载流子复合速率快,ZnO只能吸收利用紫外区域的光子(最多只占太阳光谱的3~5%)而且光电转换效率低。因此,扩大ZnO材料的可见光响应范围、提高光生电子-空穴对的分离和传输是使其得到更广泛应用的重要内容。本论文主要研究内容如下:1利用简单的水热合成法制备出整齐排列的六棱柱形ZnO纳米棒阵列,相应的表征显示所合成的ZnO纳米棒为直径约200 nm,长度1-2μm的六棱柱。同时对ZnO纳米阵列形成的机理进行了讨论,并且对其在未来研究和应用方面做了一些展望。2利用光还原沉积法制备出Au修饰ZnO纳米线阵列复合物。形貌表征显示此复合物中ZnO纳米线表面沉积Au纳米颗粒的同时相邻的ZnO纳米线被Au纳米线串联起来而形成网络状框架结构。光电性能测试结果表明这种复合物的性能有大幅度的提高。并且对性能提高的机理进行了分析研究。3通过简单有效的方法合成了Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结,在排列整齐的ZnO纳米线阵列上合成了Bi_2MoO_6纳米片。该复合物表现出优良的可见光光电化学性能,优异的性能归因于复合物的形成使得电荷分离和传输效率有了很大的提高。
【关键词】：纳米半导体 氧化锌 钼酸铋 分层异质结 光催化 光电化学性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 光催化技术的发展与应用11-13
• 1.2.1 光催化技术的发展历程11
• 1.2.2 光催化机理11-12
• 1.2.3 光催化材料与应用12-13
• 1.3 氧化锌纳米材料不同制备方法总结13-17
• 1.3.1 水热法14-15
• 1.3.2 模板法15-16
• 1.3.3 气相沉积法16
• 1.3.4 溶胶-凝胶法16-17
• 1.4 氧化锌纳米材料的改性研究17-20
• 1.4.1 掺杂法17
• 1.4.2 量子点修饰17-19
• 1.4.3 半导体复合异质结19-20
• 1.5 氧化锌纳米材料的应用20-21
• 1.5.1 场发射显示器21
• 1.5.2 气敏传感器21
• 1.5.3 压敏电阻21
• 1.6 本论文的研究思路和研究内容21-23
• 第2章 ZnO纳米阵列光电极的合成与性能研究23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-26
• 2.2.1 实验试剂与仪器23-24
• 2.2.2 ZnO纳米棒阵列光电极的制备24-26
• 2.3 结果与讨论26-29
• 2.3.1 样品表征结果分析26-28
• 2.3.2 紫外-可见漫反射吸收光谱分析28
• 2.3.3 样品光电性能研究28-29
• 2.3.4 ZnO纳米阵列的实际应用与展望29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 Au修饰ZnO纳米阵列实现可见光响应及其光电性能研究31-43
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 实验试剂与仪器32
• 3.2.2 Au修饰ZnO纳米阵列光电极的制备32-33
• 3.2.3 Au修饰ZnO纳米阵列形貌的调控33-34
• 3.3 结果与讨论34-41
• 3.3.1 样品的结构与物相表征34-37
• 3.3.2 紫外-可见漫反射吸收光谱分析37-38
• 3.3.3 样品的光电性能研究38-39
• 3.3.4 样品的电化学性能研究39-41
• 3.3.5 样品性能提高之机理研究41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结光电极的制备及光催化性能研究43-54
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-47
• 4.2.1 实验试剂与测试仪器44-45
• 4.2.2 Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结光电极的制备45-46
• 4.2.3 Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结形貌调控46-47
• 4.3 结果与讨论47-53
• 4.3.1 Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结表征分析47-49
• 4.3.2 紫外-可见漫反射吸收和荧光光谱分析49-50
• 4.3.3 Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结光电性能研究50-52
• 4.3.4 Bi_2MoO_6/ZnO复合异质结光催化产氢机理研究52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录68

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本文编号：520160