分級結(jié)構(gòu)ZnO-Si納米線陣列生長機(jī)制及其催化性能研究.pdf

1、利用ZnO半導(dǎo)體材料作為光催化劑降解有機(jī)染料的研究一直受到廣泛的關(guān)注，為了使催化劑能更好地分散于水中，更好的接觸水中的染料分子，催化劑通常制備成粉末狀，但是粉末狀的催化劑溶于水中不便回收，這有可能造成水的二次污染。為了解決這個問題，我們嘗試將ZnO以納米線形式長在Si納米線陣列表面，構(gòu)成分級結(jié)構(gòu)ZnO/Si納米線陣列，可以極大地擴(kuò)展樣品的比表面積，增加其對光的吸收，并且增加與有機(jī)染料的接觸面積。同時，ZnO/Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于電荷在界面

2、處的分離，減少載流子復(fù)合，而Si作為窄禁帶半導(dǎo)體材料，可以吸收可見光波段的光子，加強(qiáng)對太陽光的吸收利用。為了研究分級結(jié)構(gòu)ZnO/Si納米線陣列的生長機(jī)制及其催化性能，我們做了以下研究工作:
　　首先，研究了Si納米線陣列的生長機(jī)制。利用化學(xué)濕法刻蝕，用AgNO3/HF溶液制備Si納米線陣列。通過改變?nèi)芤褐蠬F的濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，測試這些條件對Si納米線陣列結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度為50℃左右能制備出形貌較好的Si納米線

3、陣列，而提高HF濃度和增加反應(yīng)時間，能使制備出來的Si納米線變長。
　　其次，研究了ZnO納米線的生長機(jī)制。用水熱法制備，通過對比原子層沉積儀和磁控濺射儀制備ZnO籽晶層時兩種樣品的形貌、XRD光譜、PL譜、漫反射光譜，發(fā)現(xiàn)用原子層沉積儀制備籽晶層的樣品，ZnO納米線能完全包覆Si納米線陣列表面，ZnO尺寸均勻并具有較小直徑，而且結(jié)晶度更高、缺陷較少、光吸收能力更強(qiáng)。
　　隨后，應(yīng)用Si納米線陣列和用兩種方法制備籽晶層的樣品

4、做了光催化降解亞甲藍(lán)染料(MB)溶液的測試，發(fā)現(xiàn)三種樣品都能降解MB染料分子，但用原子層沉積儀制備籽晶層的分級結(jié)構(gòu)ZnO/Si納米線陣列降解性能最高，但光腐蝕會導(dǎo)致降解效率降低。經(jīng)過分析，我們推導(dǎo)了ZnO和Si降解MB染料分子的機(jī)制:光生電子與樣品表面的氧氣分子(O2)形成超氧陰離子自由基，該基團(tuán)可以礦化MB染料分子，而光生空穴對于MB染料的降解作用不大，它會使ZnO在水中溶解，也會使Si表面改性，使得樣品的降解性能降低。
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