本文選題：光子晶體 + 反蛋白石　； 參考：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：反蛋白石(InverseOpals)結(jié)構(gòu)具有調(diào)制光子態(tài)密度的作用及大的比表面積而被用于本文的光催化研究中。本文研究?jī)?nèi)容:(1)分別采用電化學(xué)沉積法和不同反應(yīng)前驅(qū)體氧源(H2O和O3)的原子層沉積(ALD)法制備了 ZnO IOs,對(duì)比評(píng)價(jià)了這三種制備方法所得ZnO的結(jié)晶質(zhì)量及對(duì)ZnO IOs光催化性能的影響,并基于獲得最佳結(jié)晶質(zhì)量ZnO的O3作氧源的ALD制備方法,分別從不同制備條件(沉積溫度、厚度)、Ti02抗光腐蝕層厚度和不同孔徑(光子晶體晶格常數(shù))及ALD交替包覆Ti02和A1203對(duì)ZnO(03)IOs進(jìn)行了光催化效率及穩(wěn)定性方面的優(yōu)化處理;(2)采用ALD方法制備了 TiOO2 IOs,并通過(guò)優(yōu)化氫化溫度(300℃-550℃)和氫化時(shí)間(2h-24h),制備可見(jiàn)吸收強(qiáng)度最大的H-Ti02,用以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光分解水制氫;(3)最后成功制備了基于不同光響應(yīng)的ZnO IOs雙疊層異質(zhì)結(jié)及TiO2/H-TiO2疊層異質(zhì)結(jié),增強(qiáng)光吸收的同時(shí)降低載流子的復(fù)合幾率,改善光解水性能。結(jié)果表明:(1)SEM圖顯示三種不同的制備方法均能獲得三維長(zhǎng)程有序排列的ZnO IOs,光致發(fā)光光譜顯示ZnO(O3)IOs具有相對(duì)最強(qiáng)的本征發(fā)光峰,即結(jié)晶質(zhì)量最好,I-V曲線以及I-t曲線也表明Zn0(03)IOs光電流值最高,達(dá)0.8287 mA/cm2,光催化性能最好,而ZnO(H2O)IOs的結(jié)晶質(zhì)量最差,光電流最低,為0.2213mA/cm2,光催化性能最差。ALD包覆TiO2前后的SEM、XPS、EDS元素分析及UV-Vis反射光譜的對(duì)比分析均顯示銳鈦礦型TiO2被成功包覆;(2)ZnO(03)IOs的沉積溫度在16℃-240℃范圍內(nèi),結(jié)晶質(zhì)量隨著溫度的升高而提高,對(duì)應(yīng)的光電流在 240℃時(shí) 1.0050mA/cm2,比 160 ℃時(shí)的 0.7683 mA/cm2 高出 30.81%;沉積厚度在170-240圈范圍內(nèi),吸收光譜吸收峰的位置隨著圈數(shù)的增加發(fā)生微小紅移,且吸收光量有所增加,但增強(qiáng)幅度隨著總?cè)?shù)增加而降低。200圈時(shí)的光電流為0.8411 mA/cm2,約為170圈時(shí)光電流的兩倍,在增加30圈到230圈時(shí),光電流只增加了 10%左右。(3)比較在ZnO IOs上共形沉積10圈、30圈TiO2及5*(TiO2(5c)+Al203(1c))、5*(Ti02(5c)+Al203(2c))前后光穩(wěn)定性的改善情況,光電流測(cè)試結(jié)果表明,光照20min后,光電流及相對(duì)于1min時(shí)的光電流衰減比率分別為0.191(65.41%)、0.413(52.58%)、0.573(29.80%)及 0.697(10.06%)、0.689(9.43%),包覆后的光電流相比于包覆前有明顯提高,說(shuō)明Ti02與ZnO形成的TiO2/ZnO同型異質(zhì)結(jié)提高了載流子的傳輸效率;光穩(wěn)定性隨著Ti02包覆厚度的增加而提高,適量A1203的摻入可以提高材料光穩(wěn)定性,稍微過(guò)量則由于其絕緣特性而影響材料的電導(dǎo)性。(4)155nm、197nm1及238nm孔徑的ZnO IO3的反射光譜顯示其反射峰位即光子帶隙的位置分別問(wèn)373.7nm、439.4nm和495.0nm。由于光子晶體的慢光效應(yīng)和多光散射效應(yīng),197nm時(shí)達(dá)到最大光電流0.9285mA.cm2;帶隙位置373.7nm正好部分覆蓋了用于光催化分解水制氫所在的本征光吸收范圍,155nm時(shí)的光電流最小,為0.4620mA.cm2。(6)在550℃下氫化10h后,TiO2的禁帶寬度變窄,為2.1eV,且價(jià)帶頂藍(lán)移0.26eV,可見(jiàn)吸收最強(qiáng),光催化性能最好,氫化TiO2反蛋白石的光電流達(dá)到了 541μA/cm2。(7)SEM圖顯示得到了孔徑分別為197nm與327nm的雙疊層ZnO IOs,當(dāng)197nm的ZnO反蛋白石層正對(duì)入射光時(shí),光電流達(dá)1.0529mA/cm2,高于單層197nm的ZnO IOs時(shí)的光電流0.9285 mA/cm2,當(dāng)327nm的ZnO反蛋白石層正對(duì)入射光時(shí),光電流僅為0.8156 mA/cm2,這是由于327nm的IOs光吸收增強(qiáng)的區(qū)域主要在600nm,這部分光不能激發(fā)197nm ZnO IOs的光催化反應(yīng)。
[Abstract]:The results show that : ( 1 ) ZnO nanoparticles are prepared by atomic layer deposition ( ALD ) method using electrochemical deposition method and different reaction precursor oxygen source ( H2O and O3 ) . The results show that the photocurrent and the photocurrent of TiO2 / ZnO are 0.191 ( 65.41 % ) , 0.413 ( 52.58 % ) , 0.573 ( 29.80 % ) and 0.697 ( 10.06 % ) , 0.689 ( 9.43 % ) respectively .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1744512