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文檔簡介
1、太陽能是所有能源中無限量的清潔能源,被視為未來人類生存發展的主要能源。目前,太陽能電池大多基于寬禁帶半導體材料,雖然克服了對環境的污染問題,但是制備費用偏高,對太陽能的利用率仍存在著極大的可提升空間,如最有前景的寬禁帶納米棒狀ZnO薄膜,能夠被太陽光激發且具有高導電性等優勢,但是僅能利用太陽光中只占不到5%的紫外光,而其中占據43%的可見光卻不能夠被利用。由于Cu2O能夠被可見光激發,因此可以將兩者組成Cu2O/ZnO異質結薄膜,提高對
2、太陽能的利用率。
對于Cu2O與ZnO薄膜的制備方法,可分為氣相法和液相法。氣相法需要高溫或者真空的條件,而且耗能較大,設備昂貴,產品面積??;在液相法中,由于電化學法需要導電的襯底,溶膠凝膠法需要高溫處理,易造成薄膜龜裂等缺陷,然而化學浴沉積法能夠克服以上氣相法和液相法的不足。
本文以普通玻璃為襯底,采用化學浴沉積法分別制備出Cu2O薄膜、ZnO薄膜和Cu2O/ZnO薄膜,其中對Cu2O薄膜和ZnO薄膜進行了形貌控制
3、研究,探討特殊形貌的形成機理,再以特殊結構的ZnO薄膜為襯底,制備出Cu2O/ZnO薄膜。以有機污染物甲基橙為降解對象,探討了三種薄膜的光催化性能和機理。研究結果如下:
1.對于 Cu2O薄膜:(1)采用葡萄糖作為還原劑,檸檬酸三鈉作為絡合劑,在玻璃襯底上制備出純的Cu2O膜,其中制備出較為理想Cu2O膜的條件為,硫酸銅:檸檬酸三鈉:葡萄糖的摩爾比為12:9:8,硫酸銅的濃度為0.3 M,溶液pH為12.0;(2)通過調節銅離
4、子濃度,發現Cu2O膜上的顆粒形貌由八面體結構轉變為微米球型結構,主要原因在于銅離子濃度由0.05 M增加到0.5 M時Cu2O晶體由二維生長方式轉變為團聚生長方式;(3)溶液pH取值在12.3到13.2之間時,能夠制備出核殼結構的Cu2O微米球薄膜,其形成的主要原因為葡萄糖酸的產生,導致腐蝕通道的形成;(4)Cu2O薄膜/H2O2光催化劑對甲基橙溶的降解機理為,H2O2作為光生電子接收劑,提高了Cu2O薄膜的光生電子空穴對的分離效率,
5、產生大量的?OH。此外,中性體系有利于Cu2O薄膜的光催化應用。通過對Cu2O薄膜降解甲基橙進行動力學研究發現,其降解過程符合一級動力學模式,即降解速率常數隨著MO初始濃度的提高逐漸降低。
2.對于ZnO薄膜:(1)采用雙絡合劑(檸檬酸三鈉和氨水),通過調節兩者之間的相對含量,在玻璃襯底制備出片狀結構、玫瑰型結構和花狀結構的三種不同形貌的ZnO薄膜。(2)僅從溶液體系出發,很難制備出高度垂直的納米棒狀ZnO陣列薄膜;(3)將玻
6、璃襯底用高濃度的Zn2+溶液浸泡處理后,采用硝酸鋅和氨水組成的前驅液,能夠制備出由片狀修飾的納米棒狀ZnO陣列薄膜;(4)由片狀修飾的納米棒狀ZnO陣列薄膜的光催化性能高于納米棒狀ZnO薄膜,原因在于由片狀修飾的納米棒狀ZnO陣列薄膜的比表面積較高。
3.對于Cu2O/ZnO薄膜,采用葡萄糖作為還原劑,Cu2O納米顆粒易于團聚形成微米球,導致Cu2O不能與ZnO納米棒之間形成有效的接觸面積。采用抗壞血酸鈉制備時,ZnO襯底發生
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