论文部分内容阅读
ZnO是一种n型直接带隙半导体材料，以其独特的物理、化学性质，在光电子器件、光催化材料等领域得到了广泛应用。ZnO纳米材料的许多性能与晶体的形貌、尺寸以及内部缺陷情况有关。近年来，人们试图利用简单的方法合成具有不同形貌、尺寸和内部缺陷的ZnO纳米材料，并进一步研究其对材料性能的影响。本文利用简单的溶液原位生长法，分别以Cu丝网、Al箔为基底合成了ZnO微/纳米薄膜结构，并对其荧光、光催化性能进行了研究。具体内容如下：一、采用简单的两步溶液原位生长法，在90℃低温条件下，通过调节衬底材料，控制合成了不同形貌的ZnO微/纳米结构薄膜。以Cu丝网为基底时，得到了ZnO微/纳米棒包覆Cu丝网构成的ZnO网络结构；以Al箔为基底时，可以在其表面制备出ZnO微/纳米片状阵列结构。ZnO纳米棒、纳米片均为六方纤锌矿结构。吸光测试结果表明，ZnO纳米棒和ZnO纳米片均在紫外区有明显光吸收，根据Tauc公式计算出其带隙宽度分别为3.20eV和3.23eV。二、通过调节Cu基ZnO纳米棒生长过程中氨水滴加量，控制合成了具有相同形貌，不同直径大小的ZnO纳米棒结构，并对其室温光致发光性能进行研究。结果显示，Cu基ZnO纳米棒薄膜具有紫外发射峰和绿橙光发射带，其中紫外发射峰是纤锌矿ZnO的本征发光峰，属带边激子复合辐射所致。结合ZnO本征缺陷能带理论分析认为，样品的绿橙光发光是由样品内部双电离氧空位Vo2*和单电离氧空位Vo*施主能级上的电子分别与价带顶空穴复合辐射叠加所致，此结果说明样品存在大量氧空位缺陷，同时实验可通过调节氨水添加量改变双电离氧空位缺陷Vo2*的相对浓度。三、以Cu基ZnO纳米棒薄膜和Al基ZnO纳米片薄膜作为光催化剂降解罗丹明B，紫外光照2.5h后，降解率分别为25.3%和30.1%。纳米片的催化活性较好，可能是其比表面积和极性面(0001)、(0001)裸露比列大两方面原因造成的。ZnO纳米结构较大的尺寸和实验中参与反应催化剂量过低，可能最终使两种固定在衬底上的ZnO结构催化活性相对较低。