簡單氧化物光催化性能各向異性研究：NiO和ZnO.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機依然是阻礙人類可持續(xù)發(fā)展的兩座大山。由于半導(dǎo)體光催化在環(huán)境污染物的降解和新能源的產(chǎn)生方面有著潛在的應(yīng)用，半導(dǎo)體光催化技術(shù)已經(jīng)吸引了越來越多的專家注意。光催化劑通?？梢曰厥昭h(huán)再利用，而且對環(huán)境和人類沒有危害。自1972年本多和藤島發(fā)現(xiàn)了“本多—藤島效應(yīng)”以來，許多金屬氧化物，例如TiO2，ZrO2，ZnO，NiO，F(xiàn)e2O3，WO3和In2O3等，作為半導(dǎo)體光催化材料用于環(huán)境中有機或無機污染物的降解。還有一些金屬氧化物

2、可以分解水產(chǎn)生清潔能源氫氣。隨著人們對光催化研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)薄膜催化劑比粉體催化劑有更多的優(yōu)點，它能克服粉體催化劑回收利用難、成本高、光吸收率低等缺點，同時薄膜的生長可以通過一些物理化學(xué)參數(shù)來調(diào)控，可以用于各類涂層和制備各種器件。因此，薄膜光催化具有更加廣泛的應(yīng)用前景。
　　近些年來，人們在光催化領(lǐng)域獲得了很大的研究進展，發(fā)現(xiàn)了很多新型光催化材料，但是，對于影響材料光催化活性的內(nèi)部機理和因素還不是很清楚，粉體催化劑由于形體復(fù)雜

3、，并且形貌難以控制，不利于探究影響材料光催化的本質(zhì)。而薄膜催化劑的生長可以通過一些物理化學(xué)參數(shù)來調(diào)控，得到研究所需的樣品。而且，薄膜結(jié)構(gòu)和形貌相對簡單，便于分析問題。
　　為了探究影響材料光催化活性的本質(zhì)原因，本文主要分為兩部分研究工作：
　　（1）研究不同晶向的金屬氧化物薄膜NiO
　　以純度為99.99％的NiO粉末，通過壓制成型，隨后在1300℃進行高溫煅燒，固相合成高純的NiO陶瓷靶材，然后采用脈沖激光沉積法分

4、別在襯底LAO(100)、LAO(110)和LAO(111)晶面上成功生長出NiO/LAO(100)、NiO/LAO(110)和NiO/LAO(111)定向薄膜。通過一系列的表征手段如XRD、UV-vis、AFM、PL和XPS等對所制備的催化劑薄膜的物相結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性、表面形貌特征、元素的價態(tài)以及光催化活性的各向異性進行了研究。其中NiO/LAO(110)和NiO/LAO(111)呈現(xiàn)良好的單晶結(jié)晶性，NiO/LAO(100)體現(xiàn)出多晶

5、的性質(zhì)。在全光譜氙燈照射下降解羅丹明B這個光催化氧化反應(yīng)中，NiO薄膜的不同晶向顯示出不同的催化活性，即NiO定向薄膜呈現(xiàn)光催化活性的各向異性，且NiO/LAO(111)光催化活性最好，并且初步探討了影響光催化活性各向異性的原因。另外，NiO/LAO(110)和NiO/LAO(111)薄膜的羥基自由基的產(chǎn)生量順序和羅丹明B的降解順序一致。
　?。?）研究同一晶向不同襯底上的金屬氧化物薄膜ZnO
　　利用脈沖激光沉積法分別在a

6、-face和c-face藍寶石襯底上生長氧化鋅（002）晶面的定向薄膜。從x射線衍射圖譜分析可知，氧化鋅（002）定向薄膜成功的外延生長在襯底上。與生長在c-face藍寶石襯底上的氧化鋅薄膜相比，生長在a-face藍寶石襯底上的氧化鋅薄膜顯示了更好的結(jié)晶性。然而，在降解羅丹明B溶液的光催化活性測試中，生長在c-face藍寶石襯底上的氧化鋅薄膜比生長在a-face藍寶石襯底上的氧化鋅薄膜顯示了更高的光催化活性。拉曼光譜和XPS分析表明，生