ZnO/Cu 2 O异质结纳米阵列制备及光催化性能

发布时间：2021-11-10 06:32

　　利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列（ZnO NRAs）,以此为衬底,采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu₂O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征,用甲基橙（MO）模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约为80¹00 nm,长约2³μm,棒间距约100¹20 nm。立方晶系的Cu₂O颗粒直径约为100³00 nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上,构成ZnO/Cu₂O异质结纳米阵列（ZnO/Cu₂O HNRAs）结构。与纯ZnO NRAs和Cu₂O相比,ZnO/Cu₂O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强,吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu₂

【文章来源】：发光学报. 2017,38(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

ZnONＲAs(a，b)和ZnO/Cu2O异质结纳米阵列(c，d)的SEM图

第7期何祖明，等:ZnO/Cu2O异质结纳米阵列制备及光催化性能939棒之间几乎没有空隙，Cu2O颗粒充分填充到了ZnO纳米棒之间空隙处且结合紧密。3．2物相分析为了进一步研究制备的异质结物相，对制备的纯ZnONＲAs和ZnO/Cu2OHNＲAs的XＲD图谱进行了对比分析，如图2(a)所示。由ZnONＲAs列对应的XＲD图谱可以看出，所有的衍射峰均与纤锌矿结构［20］的ZnO(JCPDSNo．36-1451)对应，最强的衍射峰为(002)晶面衍射峰，说明制备的ZnO纳米棒的择优生长晶面是(002)晶面。ZnO纳米棒几乎与基底表面垂直排列生长，这与SEM图片一致。而沉积Cu2O后，发现Cu2O晶体最强衍射峰应为(111)晶面的衍射峰，位于2θ=36．45。处，其峰位恰好与ZnO(101)晶面位于2θ=36．28。处的衍射峰几乎重叠，Cu2O的衍射峰与标准衍射图谱(JCPDSNo．65-3288)对应，表明ZnO/Cu2O异质结由立方晶系的Cu2O与六方纤锌矿型的ZnO组成。由于沉积颗粒中的Cu元素可以是0价、+1价和+2价，所以其氧化物是Cu2O或CuO。为了进一步鉴别沉积在ZnONＲAs上颗粒层的化学成分及配比，我们对样30802兹/（°）Intensity/a.u.2040506070（a）（110）（200）（111）（211）（220）（311）（222）（202）（004）（201）（112）（200）（103）（110）（102）（101）（002）（100）ZnOJCPDSNo.36鄄1451Cu2OJCPDSNo.65鄄3288ZnOnanorodarraysZnOnanorodarrays鄄Cu2O955Bindingenergy/eVIntensity/a.u.9259359

碌淖贤?光，在可见光区几乎没有吸收，这是由ZnO的宽带隙特性决定的。对于Cu2O薄膜，由于其具有较小的禁带宽度，其吸收波长大约从740nm开始一直延伸到紫外光区。ZnO/Cu2O异质结的吸收波长范围与Cu2O薄膜一样，但是对紫外光的吸收明显强于Cu2O薄膜。ZnO/Cu2OHNＲAs的吸收波长向可见光方向红移，可能是由于窄带隙半导体Cu2O与宽带隙的ZnO形成异质结可以起互补作用，从而改善了光吸收特性［22-25］。400700姿/nmAbsorbanceZnOCu2OZnO/Cu2O300500600图3ZnONＲAs、Cu2O薄膜和ZnO/Cu2OHNＲAs的吸收光谱。Fig．3UV-VisabsorptionspectraofZnONＲAs，Cu2OfilmandZnO/Cu2OHNＲAs，respectively．3．4光催化性能为了探究ZnO/Cu2OHNＲAs光催化性能，测试了对MO溶液的降解率。作为比较，也测试了相同条件下纯ZnONＲAs和纯Cu2O薄膜对MO溶液的降解率。图4(a)是新配置的MO溶液中加入催化剂在无光照条件下和无催化剂在紫外-可见光照射下，经过60min达到吸附平衡后的情况，可以看出此时有机染料不降解。这说明是光催化作用使得有机染料发生降解反应。图4(b)是加入催化剂后在光照条件下降解MO的曲线图。光照65min后，纯ZnONＲAs薄膜的光催化

【参考文献】：
期刊论文
[1]金属电阻率Cu/Cu2O半导体弥散复合薄膜的制备及其偏压效应[J]. 刘阳,马骥,唐斌,蒋美萍,苏江滨,周磊.  功能材料. 2016(03)
[2]PbS/CdS纳米晶共敏化ZnO纳米线太阳能电池的性能研究[J]. 娄慧慧,娄天军,崔晓瑞,张玉泉,乔梅英.  人工晶体学报. 2014(03)



本文编号：3486759