ZnO納米線陣列的制備及其光電化學性能研究.pdf

1、ZnO具有優(yōu)異的光電、力學和熱學性質，可廣泛應用于太陽能電池、光催化降解有機物、透明晶體管和紫外發(fā)光以及探測器件上。而利用半導體光催化技術，在光照的條件下降解水中的有機污染物，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，制備過程中極易形成納米線，是一種適合的、能夠有效降解有機污染物的半導體光催化劑。但其本身在實際應用中還存在一些問題。對納米ZnO進行改性，提高

2、其量子效率，抑制載流子在的復合，擴展其光響應范圍，增強其在可見甚至紅外波段的吸收利用，這是提高納米ZnO光電化學性能的主要途徑，也是該領域的主要研究熱點。本文通過電化學沉積的方法，沉積制備了ZnO納米線結構。以SEM和XRD等表征手段，研究了電解液中雜質離子對納米ZnO形貌的影響及其作用機理；嘗試通過硫化和包覆的方法，對ZnO納米線進行改性，并通過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，表征結果證明，在納米ZnO的制備過程中，電解液中痕量（10-6）的Pb2+不僅可以有效改善其取向，同時可以大量增加 ZnO納米線的密度，同時只會產生很少的缺陷；當Pb2+含量繼續(xù)增多時，會在納米ZnO中引入較多的雜質離子和缺陷，對其性能產生較大的影響；在電解液中加入15％濃度的Li+，由此制備的納米ZnO出現大面積倒伏，且棒體粗細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納米線形成花瓣狀團簇，且花瓣中心呈二維的周期性排布。這種趨勢隨著Mg2+濃度的增加越來越明顯。
　　為了研究硫化對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0.5/1/2/3/5/10 h，對硫化后ZnO納米線的SEM和XRD圖譜顯示，硫化過程在 ZnO納米線上溶解產生了細紋和龜裂，隨著硫化時間的增加，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。結果證明，硫化后納米ZnO的催化降解速率有所提升；在一定時間范圍內，硫化時間越長，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；通過逐次化學浴法，在純ZnO納米線表面包覆PbS。通過XRD和SEM譜圖，對制得的樣品分別進行表征和分析。降解實驗證明，沉積Mg(OH)2后，納米ZnO的光催化性能有微弱提高