金屬氧化物薄膜的熱汽相沉積法制備研究.pdf

1、本文主要通過(guò)一種低成本、操作簡(jiǎn)單、化學(xué)組分易控制的合成方法--熱汽相沉積法，在非真空條件下制備納微結(jié)構(gòu)ZnO，并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理、結(jié)構(gòu)形貌及光催化性能進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。 以金屬鋅粉為蒸發(fā)源物質(zhì)，在氬氣氣氛中加熱，在無(wú)外加催化劑的條件下成功的在Si襯底上制備了大量形貌均一的四足狀ZnO(T-ZnO)。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明四足狀產(chǎn)物有較高的結(jié)晶質(zhì)量，這和從中心核伸展生長(zhǎng)的“無(wú)襯底”生長(zhǎng)形式有關(guān)，因此產(chǎn)物很容易在基體材料中實(shí)現(xiàn)均勻的三維分布，有

2、可能成為較為理想的復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)增韌劑。系統(tǒng)比較載氣類型及流量、沉積時(shí)間和襯底溫度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響，發(fā)現(xiàn)在生長(zhǎng)過(guò)程中熱汽相沉積過(guò)程對(duì)于O<,2>的濃度十分敏感，O<,2>不僅影響ZnO顆粒大小，而且使ZnO的極性生長(zhǎng)面發(fā)生變化，對(duì)產(chǎn)物形貌有決定性作用。此外，通過(guò)反應(yīng)過(guò)程的熱力學(xué)分析，得出在高溫時(shí)調(diào)節(jié)氧分壓是控制反應(yīng)趨勢(shì)的有效手段。沉積時(shí)間的增加和襯底溫度的升高使襯底上逐漸出現(xiàn)二維納米片，通過(guò)理論分析認(rèn)為是二維形核率提高所導(dǎo)致。

3、利用VS機(jī)理和晶體的形核生長(zhǎng)理論，探討了存在于T-ZnO及棒狀ZnO(R-ZnO)中“塔狀”形貌的生長(zhǎng)機(jī)理，認(rèn)為其形成過(guò)程主要決定于ZnO各晶面表面自由能的差異和極性晶體ZnO沿C軸方向生長(zhǎng)的固有生長(zhǎng)習(xí)性，并相應(yīng)提出了“階段性外延形核”的生長(zhǎng)模式。 采用自制光催化性能實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)制備的T-ZnO光催化性能進(jìn)行測(cè)試，產(chǎn)物在紫外燈下具有降解甲基橙有機(jī)溶液的光催化性能。在對(duì)原裝置引入水浴冷卻槽、并減少測(cè)試溶液量之后，測(cè)試條件進(jìn)一步得到優(yōu)

4、化，解決了先前測(cè)試結(jié)果中降解率突降及效果不明顯的問題，產(chǎn)物催化效率顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水浴溫度是測(cè)試ZnO催化降解率過(guò)程中的重要因素之一，其原因主要是有效降低了由紫外燈照射產(chǎn)生的熱輻射對(duì)催化性能的影響。首次采用熱汽相沉積和射頻磁控濺射相結(jié)合的“兩步法”成功制備了銀/棒狀ZnO(Ag/ZnO)復(fù)合催化劑，針對(duì)其光催化性能與單相R-ZnO進(jìn)行了比較。濺射時(shí)間較短的Ag/R-ZnO復(fù)合產(chǎn)物其催化效率高于R-ZnO，但濺射時(shí)間較長(zhǎng)的卻低于R-Zn

5、O，分析認(rèn)為，這是由于濺射時(shí)間影響R-ZnO表面Ag負(fù)載量所導(dǎo)致的結(jié)果。Ag作為光生電子(e<'->)的接收器，可促進(jìn)復(fù)合系統(tǒng)界面的載流子輸運(yùn)，有效的減少電子空穴對(duì)的復(fù)合率，從而提高光催化劑反應(yīng)活性。但在負(fù)載量較高時(shí)，負(fù)載在R-ZnO表面的Ag可能形成一層連續(xù)膜，阻礙R-ZnO光照程度，因此無(wú)法產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，造成復(fù)合產(chǎn)物光催化性能降低的結(jié)果。進(jìn)一步利用上述方法成功制備了分散性較好的銀/四足狀ZnO(Ag/T-ZnO)復(fù)合催化劑，探討