ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列制备及光催化性能

利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列(ZnO NRAs),以此为衬底,采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu_2O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征,用甲基橙(MO)模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约为80~100 nm,长约2~3μm,棒间距约100~120 nm。立方晶系的Cu_2O颗粒直径约为100~300 nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上,构成ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列(ZnO/Cu_2O HNRAs)结构。与纯ZnO NRAs和Cu_2O相比,ZnO/Cu_2O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强,吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu_2O HNRAs的载流子传递界面的电荷转移速度快,有效促进了光生电子和空穴的分离。在紫外-可见光照射65 min后,ZnO/Cu_2O HNRAs的降解效率为94%,分别是纯ZnO NRAs和Cu_2O的18倍和1.7倍。

简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料开放实验设计

构建一种简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料的开放式实验教学模式.利用开放实验平台,使用简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料,采用扫描电子显微镜及能谱仪对材料的形貌及成分进行表征,并在可见光条件下对其进行光催化降解罗丹明B实验.实验结果表明:ZnO/Cu_2O复合材料的光催化性能要优于纯ZnO的光催化性能.新的教学模式以学生为中心,可充分调动学生的科研兴趣,培养学生的实践能力、自主思考能力和创新能力.

ZnO/Cu2O异质结中深能级表面光伏特性

采用恒电压沉积法在导电玻璃(FTO)上制备了具有三棱柱金字塔状的ZnO/Cu2O异质结薄膜.利用场发射扫描电镜(FESEM)与X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微观形貌和晶体结构进行了表征.利用表面光电压谱(SPS)、场诱导表面光电压谱(FISPS)和相位谱(PS)研究了单一Cu2O与ZnO/Cu2O异质结薄膜的表面光伏性质.结果表明,与单一Cu2O薄膜相比,ZnO/Cu2O异质结薄膜的光伏响应范围拓展到了600～800nm.根据SPS,FISPS和PS的作用原理,拓展部分的光伏响应归因于ZnO/Cu2O异质结中Cu2O层的深能级跃迁,该跃迁在ZnO-Cu2O界面电场(方向由ZnO指向Cu2O)的作用下得到加强,同时深能级跃迁产生的电子-空穴对在ZnO-Cu2O界面电场的作用下得到了有效分离和传输.

一维ZnO-Cu_2O核壳纳米复合结构的制备及光催化性能

利用光催化材料可以将水体中含有的有机染料有效地降解和去除,因此制备低成本和高效率的光催化材料成为了当今研究的一个热点。通过简单的化学气相沉积法并结合化学液相反应法大量制备了高质量的一维ZnO-Cu2O核壳纳米复合结构材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等测试手段对该一维纳米复合材料的形貌和结构进行了表征,并且利用甲基橙作为有机染料,氙灯作为光源对其光催化性能做了研究。结果表明,在纤锌矿结构的一维ZnO纳米线表面成功包覆了立方结构的Cu2O纳米颗粒,形成了平均直径约为35nm的一维纳米复合结构,其在60min内使甲基橙的脱色率超过了91%,光降解速率常数K达到了2.45h-1,在紫外至可见波长光照射下具有非常好的光催化效果。

CdS纳米晶敏化ZnO/Cu_2O异质结太阳能电池的研究

为了研究CdS纳米晶对ZnO/Cu_2O异质结太阳能电池性能的影响,利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列,并用CdS纳米晶对ZnO纳米棒阵列进行敏化;采用磁控溅射法在敏化后的ZnO纳米棒阵列表面沉积Cu_2O薄膜,组装成ZnO/Cu_2O异质结太阳能电池。分别用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、紫外可见分光(UV-vis)光度计和光电性能综合测试仪对物相、形貌、吸收光谱和光电性能进行了表征。研究结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约80~100nm,长约2μm,棒间距约100~120nm;Cu_2O团簇颗粒直径约为100~300nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO纳米棒阵列表面上,构成ZnO/Cu_2O异质结结构;经CdS纳米晶敏化的ZnO/Cu_2O异质结在可见光范围内吸收强度明显增强,其中ZnO+9CdS+Cu_2O异质结性能最好,其对应的太阳能电池在模拟太阳光下,开路电压为0.524V,短路电流密度为7.18mA·cm^(-2),填充因子为41%,转化效率达1.57%。

FTO/TiO2/ZnO/Cu2O/Ag异质结电池的光电性能研究

由于氧化锌和氧化亚铜的材料安全无毒、制作成本低及环境友好等特点,ZnO/Cu2O异质结电池具有很广阔的发展前景。本文首先通过旋涂法制备了ZnO薄膜,然后以真空蒸镀法和热氧化法制备了Cu2O薄膜,采用SEM表征证明所得ZnO和Cu2O薄膜平整度较高。最后使用真空蒸镀法制备Ag电极,组装完成了FTO/ZnO/Cu2O/Ag异质结电池。通过改变氧化亚铜的厚度来研究电池性能的变化规律,结果表明光电性能随着Cu2O的厚度增加而增加。为了进一步提高电池性能,加入了TiO2光吸收层,组装了FTO/TiO2/ZnO/Cu2O/Ag异质结电池。结果表明,TiO2光吸收层的加入提高了短路电流和开路电压。另外,该电池直接在空气中组装,组装工艺简单,具有推广价值。