摻雜對(duì)鉭基半導(dǎo)體光學(xué)及磁學(xué)性能的調(diào)控研究.pdf

1、近年來(lái)，利用太陽(yáng)能光催化水解制氫產(chǎn)生清潔可替代能源對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大指導(dǎo)意義。半導(dǎo)體光催化劑作為實(shí)現(xiàn)從太陽(yáng)能向化學(xué)能轉(zhuǎn)變的重要載體得到了廣泛關(guān)注。而鉭基半導(dǎo)體氧化物由于其產(chǎn)氫活性高、化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐酸堿等特性被廣泛應(yīng)用于光催化和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域的研究。由于該類型半導(dǎo)體氧化物的帶隙能都在3.8 eV-4.0 eV，其光響應(yīng)范圍主要在紫外光區(qū)，對(duì)太陽(yáng)光的利用率小，制約了半導(dǎo)體光催化劑在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。離子摻雜是拓寬半導(dǎo)體光響

2、應(yīng)范圍的一種行之有效的方法。因此本論文主要以鉭基半導(dǎo)體氧化物為研究對(duì)象，通過(guò)離子摻雜實(shí)現(xiàn)其光學(xué)帶邊的調(diào)控以及磁學(xué)性能的研究。具體研究結(jié)果如下：
　?。?）以TaN為反應(yīng)源，采用水熱法在HF水溶液中制備出在可見(jiàn)光有吸收的自摻雜N-Ta2O5光催化劑。N自摻雜可以使Ta2O5的帶隙從4.0 eV降低為2.2 eV，使其在可見(jiàn)光產(chǎn)生較強(qiáng)吸收。選取亞甲基藍(lán)為降解源，通過(guò)結(jié)晶度優(yōu)化可以大幅提高其催化活性，測(cè)定了所得樣品對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解

3、效率達(dá)到80％。
　　（2）以Ta2O5為反應(yīng)源，在強(qiáng)堿性NaOH水溶液中，用FeCl3·6H2O作為Fe摻雜源，采用水熱法合成具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物NaTaO3。在NaTaO3中摻雜金屬元素Fe一方面調(diào)控其光學(xué)帶隙以使其在可見(jiàn)光下有較強(qiáng)吸收，另一方面調(diào)控其磁學(xué)特性。紫外-可見(jiàn)光吸收測(cè)試結(jié)果表明，F(xiàn)e摻雜有效地改變了NaTaO3的吸收特性，光吸收帶邊從紫外光區(qū)紅移到可見(jiàn)光區(qū)，帶隙能逐漸降低到1.77 eV。磁測(cè)量結(jié)果表明，摻

4、雜后的樣品在室溫下表現(xiàn)出明顯鐵磁性。這是因?yàn)镕e摻雜替代高化合價(jià)的Ta后，鄰近磁性原子通過(guò)氧位產(chǎn)生的雙交換與超交換耦合作用誘導(dǎo)了鐵磁性的產(chǎn)生。同時(shí)，摻雜導(dǎo)致的氧空位也是鐵磁性產(chǎn)生的另一個(gè)因素。
　?。?）以Ta2O5為反應(yīng)源，在強(qiáng)堿性NaOH水溶液中，分別用MnSO4·H2O和Co(NO3)2·6H2O作為（Mn、Co）摻雜源，采用水熱法合成單摻雜的Mn-NaTaO3和Co-NaTaO3。結(jié)果表明Mn、Co摻雜也同樣能夠調(diào)控NaT

5、aO3的光學(xué)帶隙和磁學(xué)特性。UV-vis測(cè)試表明Mn和Co元素的摻雜可以使NaTaO3的吸收帶邊由紫外光區(qū)擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)范圍，對(duì)應(yīng)的帶隙能分別降到1.72 eV和1.56 eV。摻雜后樣品均表現(xiàn)出低溫鐵磁性，樣品NaTa1-xMnxO3的鐵磁性隨著摻雜量的增多而逐漸增強(qiáng)；而樣品NaTa1-xCoxO3的鐵磁性則隨摻雜量的增多而逐漸減弱。
　　總之，我們采用水熱法制備了不同體系的鉭基半導(dǎo)體納米材料，通過(guò)自摻雜的方法制備出了具有高光催