ZnO納米線陣列的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、ZnO具有優(yōu)異的光電、力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光催化降解有機(jī)物、透明晶體管和紫外發(fā)光以及探測(cè)器件上。而利用半導(dǎo)體光催化技術(shù)，在光照的條件下降解水中的有機(jī)污染物，已成為人類解決環(huán)境污染的有效途徑。納米ZnO成本低廉，形貌表現(xiàn)多樣，吸附性能良好，具有較大的激子束縛能和較高的電子遷移率，制備過(guò)程中極易形成納米線，是一種適合的、能夠有效降解有機(jī)污染物的半導(dǎo)體光催化劑。但其本身在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。對(duì)納米ZnO進(jìn)行改性，提高

2、其量子效率，抑制載流子在的復(fù)合，擴(kuò)展其光響應(yīng)范圍，增強(qiáng)其在可見(jiàn)甚至紅外波段的吸收利用，這是提高納米ZnO光電化學(xué)性能的主要途徑，也是該領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)。本文通過(guò)電化學(xué)沉積的方法，沉積制備了ZnO納米線結(jié)構(gòu)。以SEM和XRD等表征手段，研究了電解液中雜質(zhì)離子對(duì)納米ZnO形貌的影響及其作用機(jī)理；嘗試通過(guò)硫化和包覆的方法，對(duì)ZnO納米線進(jìn)行改性，并通過(guò)降解甲基橙試劑為表征，研究了ZnO的光電催化性能。
　　首先用電化學(xué)沉積的方法，制備

3、ZnO納米線陣列。在電解液中加入不同濃度的Pb2+離子，表征結(jié)果證明，在納米ZnO的制備過(guò)程中，電解液中痕量（10-6）的Pb2+不僅可以有效改善其取向，同時(shí)可以大量增加 ZnO納米線的密度，同時(shí)只會(huì)產(chǎn)生很少的缺陷；當(dāng)Pb2+含量繼續(xù)增多時(shí)，會(huì)在納米ZnO中引入較多的雜質(zhì)離子和缺陷，對(duì)其性能產(chǎn)生較大的影響；在電解液中加入15％濃度的Li+，由此制備的納米ZnO出現(xiàn)大面積倒伏，且棒體粗細(xì)不均且表面遍布缺陷及絨狀附著物；在電解液中分別加入不

4、同濃度的Mg2+，由此制備出的ZnO納米線形成花瓣?duì)顖F(tuán)簇，且花瓣中心呈二維的周期性排布。這種趨勢(shì)隨著Mg2+濃度的增加越來(lái)越明顯。
　　為了研究硫化對(duì)ZnO納米線光催化性能的影響，將制備好的純納米 ZnO在60℃的Na2S水溶液中，恒溫反應(yīng)0.5/1/2/3/5/10 h，對(duì)硫化后ZnO納米線的SEM和XRD圖譜顯示，硫化過(guò)程在 ZnO納米線上溶解產(chǎn)生了細(xì)紋和龜裂，隨著硫化時(shí)間的增加，ZnO納米線甚至發(fā)生斷裂，暴露出新的晶面。分別

5、以不同硫化時(shí)間的ZnO納米線為催化劑，在氙燈的照射下（用以模擬自然光照條件），催化降解甲基橙溶液。結(jié)果證明，硫化后納米ZnO的催化降解速率有所提升；在一定時(shí)間范圍內(nèi)，硫化時(shí)間越長(zhǎng)，光催化性能越好。
　　以制備出的ZnO納米線為陰極，在其表面沉積Mg(OH)2；通過(guò)逐次化學(xué)浴法，在純ZnO納米線表面包覆PbS。通過(guò)XRD和SEM譜圖，對(duì)制得的樣品分別進(jìn)行表征和分析。降解實(shí)驗(yàn)證明，沉積Mg(OH)2后，納米ZnO的光催化性能有微弱提高