基于ZnO的复合半导体薄膜的电沉积制备与光催化活性的研究

《基于ZnO的复合半导体薄膜的电沉积制备与光催化活性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、目录摘要半导体复合是提高半导体光催化剂催化活性和可见光响应的一种常用有效的方法。本文以ITO导电玻璃为基体，用恒电流阴极电沉积方法制备了ZnO/α-FeOOH薄膜、ZnO-α-FeOOH薄膜、ZnO/Cu2O薄膜和ZnO-CuO薄膜，以甲基橙和Cr(Ⅵ)为目标有机污染物和无机污染物，评价其光催化活性，通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等测试手段对制备的薄膜进行表征，探讨复合半导体薄膜光催化活性改进的机理。−分别以NO、O2、H2O

2、2为氧源，在硝酸锌、氯化锌、氯化锌与过氧化氢水溶3液体系中制备了ZnO薄膜，从硝酸锌溶液体系中制备的ZnO薄膜在紫外光下具有更高的光催化活性。以ITO导电玻璃为基体，利用阴极电沉积的方法从Fe(NO3)3·9H2O和EDTA二钠盐(浓度比为1：1)的电解液中制备出了α-FeOOH薄膜，其在紫外光下对Cr(Ⅵ)的还原具有较强的催化能力。通过连续阴极电沉积和共沉积方法分别制备了α-FeOOH与ZnO叠层与混合两种形式的复合薄膜。ZnO/α-FeOOH叠层型薄膜在可见光下的光催化能力均比单一的α-FeOO

3、H与ZnO有了较大幅度的提高，上层α-FeOOH的沉积量对复合膜的活性有较大影响，复合薄膜光催化活性的提高可归因于光生载流子在复合半导体内表面的有效分离；ZnO/α-FeOOH混合型薄膜无论3+在紫外光还是在可见光照射下都具有较高的光催化活性，复合膜中Fe的含量是影响其光催化活性的重要因素，其活性的提高除与界面电荷有效分离有关以外，3+3+Fe的电子捕获陷阱的作用更为突出。电沉积液中Fe起始浓度对混合型复合薄膜3+的光催化活性影响较大，当Fe起始浓度为10mmol/L(复合薄膜中Fe的含量为3wt%

4、)时，和单一的ZnO膜相比，混合复合膜在可见光下对甲基橙的降解率和对Cr(Ⅵ)的还原率分别由11%和25%提高到39%和49%。以ITO导电玻璃为基体，利用连续阴极电沉积和共沉积的方法分别制备了ZnO/Cu2O叠层型薄膜与ZnO-CuO混合型薄膜。从硝酸锌和醋酸铜溶液中阴极电沈阳理工大学硕士学位论文沉积ZnO-CuO复合半导体是可行的。ZnO/Cu2O叠层型薄膜在可见光下的光催化能力均比单一的ZnO与Cu2O有了较大幅度的提高，叠层顺序对复合膜的活性有较大影响，ZnO作为底层时效率更高，其光催化活性

5、的提高同样可归因于光生载流子在复合半导体内表面的有效分离。ZnO-CuO混合型薄膜无论在紫外光还是在可见光照射下都具有较高的光催化活性。由于所制备的混合型薄膜中Cu的含量较2+高，与Cu的电子捕获陷阱作用相比，ZnO/CuO活性的提高主要是由发生在复合膜中半导体内表面的光生载流子的有效分离所致。当ZnO-CuO混合型薄膜中Cu的含量适中时，其呈现出较高的光催化活性。和单一的ZnO膜相比，当Cu的含量为35wt%时，混合复合膜在可见光下对Cr(Ⅵ)的还原率和甲基橙的降解率分别由25%和11%提高到43

6、%和20%。关键词：α-FeOOH；ZnO；Cu2O；CuO；光催化；复合膜；电沉积目录AbstractCouplingofsemiconductorsisanefficientapproachtoimprovetheirphotocatalyticactivityandvisiblelightresponse.Inthepresentstudy,ZnO/α-FeOOH,ZnO-α-FeOOH,ZnO/Cu2OandZnO/CuOcompositedfilmswerefabricatedonITOc

7、onductingglasssubstrateswithcathodicdepositionmethodsandcharacterizedbyX-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscopy(SEM),energydispersiveX-rayspectroscopy(EDS)andFouriertransforminfraredspectroscopy(FT-IR).Thephotocatalyticactivityofthecompositedse

8、miconductorsunderUVandvisiblelightilluminationwasevaluatedwithphotocatalyticdegradationofmethylorange(MO)andphotocatalyticreductionofCr(Ⅵ).ZnOthinfilmsweredepositedonITOfromZn(NO3)2,ZnCl2andZnCl2+H2O2aqueoussolutions,respectively.Theres