ZnO基光电极的构筑及其光电催化水分解性能研究进展

光电催化水分解制取氢气是最理想的制氢技术之一。光电极材料作为光电催化水分解反应系统最核心的部分,决定着太阳能到化学能的转换效率。氧化锌（ZnO）半导体因具有较低的超电势、高的电子迁移速率和价格低廉等优点,引起了广泛关注。然而,ZnO半导体的禁带较宽、电子-空穴易于复合和表面水氧化反应动力学缓慢,阻碍了其高效利用太阳能和实现理论效率。本文从ZnO的微纳结构和表界面修饰两个方面出发,综述了近年来ZnO基光电极的构筑策略及其光电催化性能的研究进展。首先阐述了ZnO的微观形貌和缺陷对光电性质的影响。然后总结了元素掺杂、量子点敏化、贵金属沉积、异质结构造和共催化剂沉积等策略对ZnO基半导体的表界面的构筑及对光电催化性能的影响。最后对未来高效ZnO基半导体光电极研究方向进行了展望,具体包括5个方面：ZnO表面改性;在原子水平构筑复合半导体催化剂的相界面;用廉价双金属或多金属纳米颗粒取代纯贵金属Au、Ag和Pt纳米颗粒;构建高效的电催化剂助剂;在ZnO半导体和助剂界面引入空穴储存层或电子堵塞层。     

微波辐射法研制复合半导体光催化材料TiO2/ZnO

采用微波辐射法制备了复合型半导体光催化材料TiO2/ZnO,利用X射线衍射(XRD)测试技术对TiO2/ZnO复合型半导体光催化材料进行了表征。用甲基红模拟有机废水,在高压汞灯模拟日光光照的条件下,研究了复合型半导体光催化材料TiO2/ZnO光催化降解有机废水的过程,并在相同的条件下,与机械研磨法制备的复合型半导体光催化材料TiO2/ZnO的光催化性能进行了对比实验。研究结果表明,微波辐射法制备的复合型半导体光催化材料TiO2/ZnO具有很好的光催化性能,TiO2/ZnO投加量为0.5g.L-1时,其具有良好的光催化脱色性能,经1h光照,对甲基红的光降解效率可以达到100%。随着溶液初始浓度增加,甲基红的降解率增大。     

半导体热电陶瓷ZnO热压成型的研究

研究了半导体热电陶瓷ZnO热压成型技术,采用正交试验研究优化出其热压成型工艺;试验结果表明,所用的热压成型工艺,具有显著的活化烧结功效,可明显地降低压制压力和热压温度并缩短热压时间.试样组织疏松、有较多的孔隙,这有利于降低其热导率提高热电性能.在无粘结剂中、温低压条件下的可制备出具有一定机械强度、热电性能良好的ZnO块体热电陶瓷.     

ZnO薄膜的制备及应用研究进展

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料,具有很好的化学稳定性和热稳定性,抗辐射损伤能力强,在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力。本文主要介绍制备ZnO薄膜的技术和方法,并简要的介绍了ZnO薄膜的应用进展。     

退火气氛对Zn0.87Co0.10Na0.03O薄膜光、电和磁性能的影响

;采用溶胶-凝胶法,在不同气氛下退火制备了Co和Na共掺杂的ZaO稀磁性半导体Zn0.87CO0.10Na0.03O薄膜,并试图通过共掺Na来实现ZnO基稀磁半导体的P型转变,测试了薄膜样品的结构、发光性能、电性能和磁性能.研究了退火气氛对样品性能的影响.结果表明:样品具有ZnO的纤锌矿结构,且表现出明显的C轴(002...     

液相法合成ZnO纳米材料的研究进展

氧化锌纳米材料是一种面向21世纪的新型精细无机材料.目前,有关ZnO纳米材料的研究已经成为半导体材料研究领域的热点之一.ZnO纳米材料在光学、光电、催化、压电等方面均具有广泛的应用前景.本文对ZnO纳米材料的制备、特性及应用等方面作了概述.     

ZnO基闪烁材料研究进展

ZnO作为一种宽带隙直接跃迁半导体材料,具有优良的闪烁性能,在掺杂Ga、In等元素后具有潜在的高光输出性能,成为用于D-T中子发生器中α粒子探测的首选闪烁材料。本文主要分析了ZnO基闪烁材料的研究现状以及ZnO基闪烁材料中存在的问题,并针对目前存在的问题提出了解决的思路。     

ZnO/ZnS异质结构纳米材料的制备及其光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

伴随着全球经济的高速发展,能源短缺和环境恶化问题引来了诸多的关注,就目前的研究结果来说,利用太阳能进行光催化还原是最好的解决途径,而宽禁带半导体ZnO是一直被人们广泛关注的光催化材料.本研究采用化学沉淀法制备得到花状ZnO,并以其为基底成功制得复合的ZnO/ZnS异质结构纳米材料.采用XRD、SEM、PL等一系列表征手...     

掺杂ZnO光催化剂研究进展

ZnO作为半导体光催化剂,具有无毒性、高效性和低成本等优点得到广泛研究。但是ZnO禁带宽度较宽,为3.37 eV,仅能吸收紫外光,而且光生电子和空穴较容易复合,在太阳光照射下,表现出较低的光催化活性,不能满足工业应用要求。对ZnO进行改性能够提高ZnO对可见光的利用率及光催化活性。其中,对ZnO进行掺杂能够有效改变光催化剂的比表面积、颗粒大小和光催化活性等性质,适当引入一些金属或非金属离子有可能使催化剂对光的吸收范围扩展到可见光区。金属掺杂能使ZnO形成更多的晶格缺陷,降低电子和空穴的复合几率;而非金属掺杂能够在ZnO晶格中引入氧空位以及引起ZnO晶格膨胀,使ZnO禁带变窄,进而能吸收可见光;同时,掺杂两种非金属有可能比掺杂单一非金属更能改善ZnO对可见光的吸收。结合金属掺杂与非金属掺杂的优点,金属与非金属共同掺杂到ZnO中,使ZnO的各种缺点得到全面改善。此外,利用金属氧化物对ZnO进行掺杂,可改变ZnO晶格结构以及表面电子状态,提高ZnO光催化活性。需加强对掺杂理论的研究,掺杂虽能使ZnO能够吸收可见光,但是对可见光吸收不强,对太阳能利用率不高,需要对ZnO改性方法进行更深入研究,同时,光催化要进一步在工业上进行应用,应加强对光催化降解多组分废水及真实废水进行研究,其稳定性、固载化及其回收利用方面也应该得到更多关注。     

ZnO薄膜材料的缺陷和光谱特性

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有许多优异的性能,可望成为新一代光电材料。但ZnO薄膜中存在各种缺陷,它们是制约ZnO发光性能的一个关键因素。本文在查阅文献的基础上,总结了ZnO薄膜材料中可能存在的缺陷和发光谱特性,并就缺陷对发光性能影响的研究现状做了综合评述。     

ZnO基材料的压电、铁电、介电与多铁性质研究进展

ZnO是一种纤锌矿结构的第三代宽带隙半导体材料,在光电和铁电器件领域具有优良的应用前景.本文综述了近年来ZnO材料在制备与诸如压电、铁电、介电与多铁等物理性质方面的研究进展,指出了ZnO在铁电、介电与多铁性质研究方面中存在的问题,并提出解决的思路.     

p-n异质结ZnO/HRP催化剂的制备及其光催化性能研究

p型半导体红磷(HRP)和n型半导体ZnO复合后形成p-n型异质结复合半导体催化剂ZnO/HRP。以Cr(Ⅵ)为模型污染物,研究了ZnO质量分数对催化剂光催化还原性能的影响。结果发现,ZnO/HRP复合光催化剂的光催化还原速率随ZnO质量分数的增加而增大,当ZnO的质量分数为0. 25%时,ZnO/HRP复合光催化剂展现出最强的光还原性,其降解速率常数k为5. 5×10~(-2)min~(-1),是HRP的14. 8倍。光催化机理探究发现,Zn O和HRP复合形成异质结后,可抑制光生电子和空穴的复合,增强光响应性,从而提高了HRP的光催化活性。     

体块氧化锌单晶生长的研究进展

氧化锌(ZnO)是一种极其重要的半导体材料,具有宽带隙(3.37eV)和高激子结合能(60meV),适合制作短波长发光二极管和激光二极管.综述了体块ZnO单晶的主要生长方法:化学气相输运法、水热法、助溶剂法的原理和优缺点;着重探讨了水热法和助溶剂法的生长参数及所生长ZaO单晶的特征;结合KOH+H2O体系,论述了助熔剂法的反应机理.介绍了体块ZaO单晶中存在的缺陷及其对ZnO性质的影响.     

天然沸石负载ZnO/SnO2复合半导体的光催化活性

利用天然沸石负载ZnO／SnO2复合半导体制备光催化材料。采用X射线衍射、红外光谱等测试方法对复合样品的结构进行了研究。讨论了材料制备过程中的焙烧条件、锌锡氧化物配比对其结构与光催化剂活性的影响。结果表明：ZnO／SnO2复合半导体与沸石间实现了一定程度的化学结合,半导体氧化物在沸石表面负载牢固,并且当ZnO／SnO2摩尔比为2：1时,与沸石复合的材料,经300℃热处理2h,对甲基橙溶液的降解效能最高。     

ZnO及掺杂ZnO薄膜的研究进展

ZnO薄膜是一种Ⅱ~Ⅵ族的宽禁带半导体材料,具有优异的物理化学性能。通过对薄膜的掺杂,可以改善其性能或赋予其新的性能,使其应用更加广泛。作者综述了ZnO薄膜的制备方法,比较了各种制备方法的优缺点,重点探讨了ZnO及其掺杂薄膜在压电、光电、气敏及磁性能方面的研究,并对今后的研究方向进行了展望。     

ZnO光催化剂的改性研究

近年来,半导体光催化剂作为一种"绿色技术"受到了越来越多的关注,ZnO由于具有3.37eV的适当带隙,成本低,环保等特点,已被系统地作为光催化剂进行研究。然而,较大带隙导致对可见光的利用率低,且光生电子-空穴对能够快速内部重组,限制了其在实际中的应用。为了解决这些问题,研究人员做了很多改性研究。本文主要综述了rGO/ZnO、g-C3N4/ZnO、TiO_2/ZnO和CdS/ZnO复合材料的改性研究。     

光催化材料的发展概论

1半导体光催化材料及反主尖机理 长期以来,人们几乎对所有的金属氧化物、硫化物等半导体光催化材料都进行了深入的研究,并且找到了一些具有光催化性能的半导体,如ZnO、TiO2、WO3、SnO2、ZrO2、Fe2O3、CdS、ZnS、SrTiO3、ZnFe2O4等.然而真正具有自洁、杀菌、去污、除臭、去除NOx等功能的半导体光催化剂却不多,因为这里一方面牵涉到寿命问题,另一方面还要解决激活所需的光能的成本问题.图1列出了几种受到人们关注的半导体光催化剂材料的能带结构.从热力学观点出发,导带下限比氢气发生电位还低,价带上限比氧气发生电位还高,即带宽低于1.23eV的半导体光催化剂材料,在与水接触时就能使水完全分解.像CdSe等材料带宽仅为1.7eV,光照极易激活,然而过分窄带的半导体光催化剂材料,在光催化反应时,会发生光溶解反应,如式(1),这种材料在光子照射下极不稳定.     

在金刚石薄膜上生长微米／纳米结构氧化锌

金刚石是非常重要的宽禁带半导体材料,n-型氧化锌与p-型金刚石的结合成为半导体研究的热点.该研究实现了金刚石薄膜上生长六角纤锌矿结构氧化锌(ZnO)微米/纳米结构.生长初期或ZnO饱和蒸气压较低时,ZnO晶粒多沉积在金刚石薄膜的晶界和棱边处,随着沉积时间的增加或反应气氛中气态ZnO浓度的增加,会有大量微米/纳米结构的ZnO生成,并覆盖整个金刚石薄膜表面.对ZnO在金刚石薄膜表面生长机制及反应气氛对金刚石的钝化作用进行了分析.     

水热法生长宽禁带氧化锌单晶研究进展

罗列了第三代半导体材料宽禁带氧化锌材料的发展历史与应用前景,总结了ZnO的结构性能、应用方向和制备方法,介绍了宽禁带氧化锌半导体晶体相对于氮化镓材料具有的显著优势:即具有更大的激子结合能(60meV),更低的激射阀值,有望实现室温下高效低阈值的紫外激光。氧化锌相比已获得巨大成功的氮化镓来说其原材料成本极低,环境友好,合成技术门槛低。目前氧化锌半导体材料的研究难点和热点还集中在p型掺杂材料和器件的研发方面。氧化锌优良的物理特性使其成为新一代主流宽带隙半导体材料,生长大尺寸高结晶质量的ZnO单晶对基础研究还是实际应用都有重要意义,文章还着重介绍了水热法合成氧化锌宽禁带半导体单晶的方法和技术优势,展示了我单位在水热法氧化锌单晶合成方面的最新研究进展。     

ZnO/ZnS异质结构纳米材料的制备及其光催化还原Cr(VI)的研究

伴随着全球经济的高速发展,能源短缺和环境恶化问题引来了诸多的关注,就目前的研究结果来说,利用太阳能进行光催化还原是最好的解决途径,而宽禁带半导体ZnO是一直被人们广泛关注的光催化材料。本研究采用化学沉淀法制备得到花状ZnO,并以其为基底成功制得复合的ZnO/ZnS异质结构纳米材料。采用XRD、SEM、PL等一系列表征手段,研究了ZnO/ZnS复合纳米材料的晶相结构、形貌以及其光生载流子的分离效率,并测试了ZnO/ZnS复合纳米材料在全光照射下对Cr(VI)的光还原能力。研究结果表明,制得的ZnO/ZnS复合光催化剂在光照90min后对Cr(VI)的还原率高达97%,是纯相ZnO的1.3倍。