【摘要】：ZnO是由Zn元素和O元素組成的半導體材料。ZnO因其在光學和電學等方面性能優(yōu)異,已被應用于諸多領域:光催化降解污水,光電探測器,LED發(fā)光,激光二極管等。但其生長所用襯底、形貌的可控制備、缺陷態(tài)的研究等還不夠充分,此外,雖然本征ZnO在光電方面有著較高的量子轉換率,但其禁帶寬度限制了對占太陽能43%的可見光的吸收,因此開發(fā)能在可見光波段具有響應能力的ZnO具有十分重要的意義。在本文研究中,利用水熱法在碳纖維紙上制備ZnO納米陣列,并將其應用于光催化和光電探測上。具體內容如下:1.基于碳纖維紙上,采用簡單水熱法在其上制備了含有穩(wěn)定缺陷態(tài)的ZnO納米陣列;表征結果顯示:該納米陣列ZnO結構是由若干個納米級的納米棒集合而成,垂直原位生長于碳纖維紙上。利用XPS、PL和EPR對所制備樣品的缺陷態(tài)進行了綜合的測試與對比分析;最終得到:所制備的樣品是由多根ZnO納米棒集合而成的,樣品中沒有單質鋅即0價的鋅存在,鋅元素的主要是以+2價態(tài)存在于體系中的;據此我們推測我們所制備的ZnO納米陣列因為有穩(wěn)定0價的氧空位(Vo)使得材料能在可見光波段下穩(wěn)定工作的。2.基于上述已制備好的ZnO納米陣列進行可見光下光催化降解羅丹明B實驗。實驗結果為:在可見光照射下,140min后羅丹明B降解90%左右;重復該實驗5次,實驗結果每次基本相同,穩(wěn)定性優(yōu)秀。為了進一步定量說明實驗結果,建立了數學模型。發(fā)現降解率k與羅丹明B濃度C和羅丹明B初始濃度C0滿足一定的線性關系,并計算出常數k為0.010 min~(-1)。結合第三節(jié)對樣品的結構與能帶分析,從氧空位的缺陷態(tài)解釋了樣品在可見光下降解的機理。3.基于上述已制備好的ZnO納米陣列進行可見光下光電探測實驗。實驗結果為:在可見光的照射下,周期為40s,循環(huán)四十次實驗條件下,明暗電流在500s后穩(wěn)定不變。明電流約為0.75μA,暗電流約為0.28μA,明暗電流比約為2.67;明電流上升時間下降時間分別為2.31s和8s。進過分析:ZnO禁帶寬度(Eg)為3.25e V,氧空位形成的能級距離價帶頂約為2.10e V。作為n型半導體,ZnO陣列將使得水變?yōu)镠2和并形成正電中心,ZnO費米能級高于水中氫能級,電子首先進入ZnO中并達到新的平衡;形成的內建電場以肖特基勢壘工作。
【圖文】：

半導體光催化的形成過程

不同ZnO納米顆粒的紫外光光降解效率圖，(a)亞甲基藍，(b)羅丹明BFangzhouLiu[13]
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN304

【參考文獻】

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1 王青;夏詠梅;何祖明;李新麗;乜偉;徐鶯歌;;染料敏化太陽能電池光陽極及其敏化研究進展[J];科技導報;2009年01期

2 高暉,鄧宏,李燕;ZnO肖特基勢壘紫外探測器[J];發(fā)光學報;2005年01期

3 葉志鎮(zhèn),張銀珠,陳漢鴻,何樂年,鄒璐,黃靖云,呂建國;ZnO光電導紫外探測器的制備和特性研究[J];電子學報;2003年11期

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本文編號：2599429