张爽[1]2004年在《用于紫外光探测器的TiO_2及其复合氧化物的结构和光学性质研究》文中研究表明紫外光探测器无论在军用还是在民用上都有重要的应用价值，所以引起人们的极大关注。近年来，随着材料制备技术的发展而迅速发展。目前研究较多的是宽禁带半导体GaN基紫外光探测器，并且取得了大的进展。基于宽禁带半导体ZnO材料的紫外光探测器也受到的很大的关注。TiO2是一种宽禁带半导体，它不但具有很好的物理和化学性质，而且具备较好的光学性质。由于它的体材料禁带宽度为3.2eV，对应于紫外光波段，所以具有很大的制作紫外光探测器的潜力。本论文的主要内容之一就是探索性地制作以TiO2为基体材料的紫外光探测器。对于制作紫外光探测器来说，我们希望扩大材料的光吸收范围，从而增大探测器的可探测波长范围。要实现这一目的就必须制备出与TiO2具有相似结构且带隙可调的半导体材料。通过参考AlxGa1-xN和MgxZn1-xO等基材料的研究结果，我们发现：在基体材料中适当的引入其它组分元素而得到的叁元或四元系合金材料不但具有与基体相似的结构和光学特性，而且其带隙宽度可以在一定范围内进行调节。这样我们就可以根据实际需要来设计基体材料，选用符合要求的基体材料。因此，如何选择和研制一种同时具有好的结构和光学性质的带隙宽
张利伟[2]2005年在《TiO_2薄膜的制备及其紫外光电导性能的初步研究》文中研究表明本课题采用直流反应磁控溅射的方法,分别在镀有透明导电ITO薄膜的玻璃和石英衬底上制备了TiO_2薄膜,通过XRD、Raman光谱、AFM、SEM、紫外-可见分光光度计分别对样品的结构、形貌、光学性质等进行了测试,研究了制备条件,如衬底温度、溅射气压、氧氩比、退火温度等对薄膜结构、形貌和光学性能的影响,对TiO_2薄膜的紫外光响应进行了初步的探索,以期待TiO_2成为一种新的紫外光探测器材料。以黑光灯为光源,采用ITO/TiO_2/ITO和C/TiO_2/ITO结构通过光电流测量了锐钛矿相TiO_2薄膜的紫外光响应。实验结果表明:相对低的溅射气压、适中的氧氩比和相当高的退火温度有利于锐钛矿TiO_2薄膜的结晶。薄膜的晶态结构、电路结构、电路所加的偏压、退火均对薄膜的光响应有一定的影响。锐钛矿TiO_2薄膜的光响应上升驰豫时间最小可达2s,下降驰豫时间约为50s,在2.0V的偏压下稳定光电流可达到2.1mA,对紫外光的灵敏性和稳定的光响应表明,TiO_2薄膜作为一种紫外光探测器材料是有希望的。另外,本实验还制备了结晶良好的ZnO薄膜,并测试了它的光响应与TiO_2薄膜的光响应相对比,研究结果进一步表明了TiO_2薄膜作为紫外光探测器的可行性。
江伟[3]2009年在《TiO_2薄膜的制备及其紫外光导性能研究》文中研究表明本文主要采用直流反应磁控溅射的方法,在玻璃、石英及Si衬底上制备锐钛矿相TiO_2薄膜,通过测量其晶体结构(XRD)、表面形貌(SEM、SPM)、表面成分(XPS)、薄膜厚度(台阶仪)以及透过率(UV-Vis)等,来研究其制备条件如衬底温度、溅射功率、氧分压、退火温度等对薄膜结构、表面形貌及其光学性能的影响。然后利用此材料制备Au/TiO_2/Au结构的MSM光电导型TiO_2薄膜紫外探测器,通过测量Ⅰ-Ⅴ曲线、光响应特征及时间响应研究其紫外光电特性。以及利用相同的原理制备ZnO/TiO_2复合薄膜探测器,通过测量Ⅰ-Ⅴ曲线研究其光电性能,并与TiO_2薄膜紫外探测器在光响应特征方面作一些比较。实验结果表明,TiO_2紫外探测器在250nm、5V偏压紫外光照下光电流约为200μA,其响应度为40A/W,平均暗电流约为50nA。TiO_2紫外探测器在紫外区有较高的光电流,在230～300nm的紫外波段,探测器有很明显的光响应,且光电流响应比较平坦;在300～380nm区域,光响应明显下降;光导探测器的响应度决定于量子效率及光电导增益。且其光响应的上升迟豫时间约为28s,下降响应时间约为50s;响应时间较长是由于广泛分布于薄膜中的缺陷陷阱而造成的。而ZnO/TiO_2复合薄膜探测器其暗电流与光电流分别为0.5μA与500μA,上升与下降迟豫时间分别约为22s与40s;ZnO/TiO_2薄膜探测器在光电性能方面优于TiO_2,可能原因是由于ZnO/TiO_2复合薄膜之间的费米能级不同而形成的空间内建电场的作用。
薛海林[4]2008年在《金属—半导体—金属结构二氧化钛紫外光电探测器的研制》文中进行了进一步梳理本论文的主要工作包括TiO_2材料制备、TiO_2金-半接触及紫外探测器的研制。首先利用溶胶-凝胶法制备了TiO_2薄膜材料,采用各种表征手段对材料的性质进行了表征。为了拓展材料的吸收光谱,我们制备了多种组分掺杂薄膜。与纯的TiO_2材料相比,组分的引入使TiO_2的吸收光谱发生了红移。我们对TiO_2与金属的半导体接触进行了研究,选择了不同金属电极制作了Al/TiO_2/Al,Cr/TiO_2/Al,Au/TiO_2/Al和Ni/TiO_2/Al四类器件。测试结果表明Al与TiO_2之间是欧姆接触,Cr/TiO_2、Au/TiO_2和Ni/TiO_2之间形成了肖特基接触。我们利用热电子发射理论计算了TiO_2/Cr、TiO_2/Ni和TiO_2/Au的势垒高度,发现势垒高度随着金属功函数的增大而增大。在以上工作的基础上我们制作了Au/TiO_2/Au和Ni/TiO_2/Ni叉指结构的紫外光电探测器。器件的暗电流很小,大约为10-9数量级,在260nm处,光响应达到最大值,并且远高于其他MSM结构宽禁带半导体紫外光探测器。与Au/TiO_2/Au探测器相比,Ni/TiO_2/Ni探测器的性能有了较大的提高,我们分析这是由于Ni/TiO_2的接触势垒高度的增大所带来的影响。同时我们制作了Cr/TiO_2/Cr和Au/组分掺杂TiO_2/Au叉指结构的紫外探测器。通过测试分析发现Cr/TiO_2/Cr和大部分Au/组分掺杂TiO_2 /Au器件,对紫外光不响应,少数组分掺杂TiO_2器件对紫外光具有微弱的响应。
王联波[5]2015年在《二氧化钛纳米管阵列的制备及其光电特性》文中指出二氧化钛（TiO2）是一种宽禁带半导体金属氧化物，广泛应用于环境监测、生物医学、气体检测、光电探测、光电转化等领域。与其传统体材料相比，其一维纳米管阵列，具有高度有序、取向性好，比表面积大、高速的电子传输通道及优异的陷光性能，在光电器件（如光电探测器、太阳能电池等）领域展现出诱人的应用前景，其重要基础是如何实现高度有序纳米管阵列的生长及其结构设计与优化。本文拟采用阳极氧化法，通过工艺的精细调控，以期实现TiO2米管阵列的可控制备，实现了具有高效光响应的光电探测器的研发，并采用新型环保型Cu2ZnSnS4(CZTS)量子点对其进行敏化，初步探索了其在太阳能电池中的应用研究。综合本论文工作，所取得的结果如下：（1）通过精细调控阳极氧化中的时间和二次氧化等关键工艺参数，实现了高度有序、长度均一、管长及管径可控的TiO2纳米管阵列的制备。（2）探索了后处理温度对TiO2纳米管晶形的影响，获得了适用于光电器件研发的锐钛矿晶形的高度有序的纳米管阵列制备。（3）采用TiO2纳米管阵列，实现了一种金属-半导体-金属（MSM）型结构的光电探测器的组装，探索了TiO2纳米管阵列结构参数对其光电探测器性能的影响，实现了高灵敏紫外光电探测器的研发，其最大光电流、光暗电流比、响应率分别为1395μA、10370和176AW-1。（4）采用“一锅法”工艺，通过工艺的探索和优化，实现了CZTS量子点的合成，其平均晶粒尺寸为5nm，晶体结构为锌黄锡矿(Kesterite)。以TiO2纳米管阵列为电子传输层，CZTS量子点为敏化剂，初步探索了其在量子点敏化太阳能电池应用研究。
孔祥梓[6]2010年在《基于TiO_2的紫外光探测器的研制》文中指出本论文主要的工作包括制备纳米TiO_2薄膜Ti_xZr_(1-x)O_2固溶体薄膜,制作TiO_2紫外探测器和紫外线强度测试仪。首先用溶胶凝胶法和自组装法制备纳米TiO_2薄膜,为了达到调整薄膜吸收边的目的,又利用溶胶凝胶法制备了Ti_xZr_(1-x)O_2固溶体薄膜。利用XRD,AFM,SEM,紫外吸收谱等手段对叁种薄膜进行了表征,证明了用溶胶凝胶法和自组装法制备出了锐钛矿型的TiO_2薄膜,Ti_xZr_(1-x)O_2固溶体薄膜的吸收边随组分x变化而变化,实现了吸收边可调的目的。我们以上述叁种TiO_2薄膜为基底材料,以Au为金属电极,分别制作了MSM型紫外探测器。叁种器件的暗电流非常小,约为nA量级,在紫外光照射下有强烈的光响应,响应度的峰值出现在260nm附近,响应时间可以达到毫秒量级。同时,对于以Ti_xZr_(1-x)O_2固溶体薄膜为基底材料的器件来说,其吸收边与另外两种器件相比,发生了偏移,与紫外吸收谱一致。然后我们制作了Au-TiO_2-Au和Ni-TiO_2-Ni两种器件,讨论了两种金属与TiO_2薄膜接触形成的肖特基势垒的高度对器件性能的影响。经过讨论发现,由于Φ_(bi)~(Ni)<Φ_(bi)~(Au),所以Ni/TiO_2/Ni器件的光电特性会更好。因此,用Ni作为电极,会得到光电特性更好的器件。利用测量经过TiO_2转化的电信号反过来探测由TiO_2接收到的紫外光信号的强度的原理,我们制作了紫外线强度测试仪。经测试后发现,当入射光强增大时,负载电阻两端的电压也随之增大,同时,两者是一种非线性的关系;我们制作的强度测试仪在很高和很低的光功率下,都能很好的工作,说明测试仪的适应范围很广。
王兵[7]2015年在《分级结构纳米金属氧化物/碳化硅超细纤维的制备及性能研究》文中研究说明航天、核工业与军事等领域要求气敏传感器能适应高温、高频、腐蚀性和辐射性等极端工作环境。面对化石能源的枯竭,利用太阳光催化分解水制氢气成为近年来前沿研究热点之一。SiC作为第叁代半导体材料,具有强度高、耐化学腐蚀、耐高温、抗氧化、热导率高和电子迁移率快等一系列的优势。本文利用静电纺丝结合先驱体转化法和碳热还原法,制备了高比表面积的大孔-介孔-微孔SiC超细纤维(MMM-SFs)和介孔SiC纳米纤维(SiC NFs),并在此基础上通过水热法等实现了分级结构TiO_2/SiC和SnO_2/SiC异质结微纳纤维的可控制备,表征分析了其组成与结构,研究了其组成结构对气敏传感和光催化分解水制氢性能的影响规律及机理。采用PCS为先驱体,结合静电纺丝法和先驱体转化法,制备了大孔-介孔-微孔SiC超细纤维(MMM-SFs)。研究了溶剂组成、环境湿度、PCS浓度和烧成温度对纤维孔结构的影响。结果表明,以二甲苯和DMF等作为纺丝溶剂,PCS浓度为1.05~1.35 g ml-1时,在湿度为60~80%RH的环境中对PCS纺丝液进行静电纺丝,再经空气预氧化和1550°C高温烧成可制备MMM-SFs。通过控制溶剂组成和烧成温度,还可制得仅含有大孔的SiC超细纤维和仅含有介孔和微孔的SiC超细纤维。纤维中大孔的形成是由于纺丝过程中非溶剂致相分离所致,而介孔和微孔的形成则是由于高温条件下SiOxCy相分解产生的气体逸出所致。MMM-SFs的直径为3.7~4.8μm,比表面积为86.1~128.2 m2 g-1,主要由SiC相组成,其中还含有少量的SiOxCy和SiO_2相。纤维比表面积高、柔性好、热稳定性优异,同时还具有高的传质效率和高温抗腐蚀性能。该纤维不仅为后续分级结构纤维的制备提供了基础材料,也可单独在多相催化和高温过滤等领域发挥独特作用。从聚丙烯腈出发,采用静电纺丝法,经空气预氧化和高温碳化先制得碳纳米纤维(CNFs)。再通过CNFs与Si粉发生碳热还原反应,可控制备了自由碳含量为0~17.2 wt%、直径在150~500 nm范围内可调的SiC纳米纤维(SiC NFs)。采用平行Al电极作为接收器,经相同工艺还可得到有序排列的SiC NFs。研究了碳热还原温度和时间及保护气流速等参数对SiC NFs组成和微观结构的影响。结果表明,SiC NFs主要由β-SiC相组成,表面含有微量的SiO_2。合适的碳热还原温度为1300~1500°C,反应时间为2~5 h。考察了纤维的自由碳含量对光催化分解水制氢性能的影响。结果表明,碳含量为3.2 wt%,溶液pH为14时,SiC NFs在模拟太阳光照射下的产氢速率最高为180.2μmol g-1 h-1,在λ>450 nm的可见光下产氢速率为31.0μmol g-1 h-1,高于文献报道的纳米SiC基光催化材料的产氢速率。其机理是原位嵌入适量的碳可快速转移光生电子,增强SiC NFs可见光响应,同时在溶液中外加的OH-可迅速转移光生空穴,实现了光生电子-空穴有效分离。这种“电子-空穴双转移”方法为制备其他无助催化剂、稳定、高活性光催化剂提供了实验和理论借鉴。针对目前TiO_2/SiC异质结材料只是简单的复合,比表面积小的现状,设计以钛酸丁酯为原料,通过水热法在MMM-SFs上可控地生长了TiO_2纳米棒(TiO_2 NRs)和TiO_2纳米片(TiO_2 NSs),制备出分级结构TiO_2 NRs@MMM-SFs和TiO_2NSs@MMM-SFs异质结复合纤维。TiO_2 NRs为金红石相,主要暴露(110)晶面,TiO_2NSs为锐钛矿相,主要暴露(001)晶面。不同形貌TiO_2的形成与晶体热力学稳定性和形貌控制剂(Cl-和F-)对晶粒生长方向的诱导作用有关。气敏测试结果表明,TiO_2 NSs@MMM-SFs在450°C时对100 ppm丙酮的灵敏度最高为19.2,分别是TiO_2 NRs@MMM-SFs和纯TiO_2 NSs的1.2倍和2.3倍。同时,TiO_2 NSs@MMM-SFs传感器的灵敏度与丙酮浓度呈线性相关,还具有超快的响应时间(3 s)、优异的气敏重现性和超低的检出限(<1 ppm),在高温气敏传感器领域具有很大的应用潜力。光催化性能测试表明,在模拟太阳光照射下,TiO_2 NSs@MMM-SFs的产氢速率最高为1206.1μmol g-1 h-1,是TiO_2 NRs@MMM-SFs产氢速率的1.2倍,是纯TiO_2 NSs的1.5倍。验证了特殊的纤维状核-壳型分级结构和TiO_2-SiC异质结的协同作用对光催化活性的提升作用。以SnCl_2·2H_2O为原料,采用水热法,在SiC NFs上可控生长超薄SnO_2纳米片(SnO_2 NSs),得到分级结构SnO_2 NSs@SiC NFs。SnO_2 NSs直立生长在SiC NFs上。气敏测试结果表明,SnO_2 NSs@SiC NFs在350°C对100 ppm乙醇的灵敏度最高为23.5;在500°C高温下的灵敏度也可达到7.2,是SnO_2 NSs的2.3倍。SnO_2NSs@SiC NFs对还原性气体的响应时间少于5 s,恢复时间少于15 s;对一氧化氮的响应和恢复时间仅为纯SnO_2 NSs的8%和15%,具有超快的响应/恢复速率。同时,SnO_2 NSs@SiC NFs还表现出很好的乙醇选择性、优异的气敏重现性和长期稳定性。在模拟太阳光下,SnO_2 NSs@SiC NFs的光催化分解水制氢速率为471.82μmol g-1 h-1,分别是SiC NFs的1.25倍和纯SnO_2 NSs的3.03倍。SnO_2 NSs@Si C NFs优异的气敏传感性和光催化性能是得益于SnO_2-Si C异质结协同作用以及特殊的纤维型分级结构避免了纳米材料的团聚,提供了载流子长程转移的通道。
谷学汇[8]2014年在《聚合物表面修饰对紫外探测器性能影响的研究》文中研究指明本文从金属与半导体接触势垒的角度出发，以聚乙烯亚胺（PEI）作为界面修饰层对基体材料TiO2和Zr0.2Ti0.8O2薄膜进行表面修饰，详细研究了修饰后器件性能提高的机理。采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）对器件进行表面修饰，研究了湿度对器件性能的影响，找到了一种提高器件环境稳定性的方法。通过研究PEI、PMMA表面修饰对器件性能的影响，取得了如下有意义的成果：采用溶胶凝胶法（sol-gel）制备了TiO2薄膜，薄膜的表面光滑、致密，没有龟裂情况，适于制作成薄膜探测器。XRD结果表明制备的TiO2为锐钛矿型结构，晶粒尺寸约为23.4nm。器件在3V偏压下的光、暗电流分为2.92μA和3.17nA，光暗抑制比约为叁个数量级，具有较高灵敏度，为后续表面修饰奠定了良好的材料基础。首次将PEI作为界面修饰层引入到紫外探测器中，通过静电自组装的方式在界面处形成偶极子层，由于形成的偶极子电场方向与金属半导体接触形成的内建电场方向相反，导致接触势垒高度降低，耗尽层宽度变窄，便于载流子的传输和收集，有效地提高了器件性能。主要内容包括：在TiO2薄膜表面采用两种不同羟基化处理方法，分别研究了不同的PEI质量分数、不同的PEI旋涂转数对器件性能的影响。其中，用KOH溶液处理的方式进行羟基化：1）以相同转速4000rpm旋涂不同质量分数PEI溶液，发现经0.2wt%的PEI溶液修饰后的器件的暗电流比修饰前降低了7.5倍，光电流明显提高达到了92.68μA，光暗抑制比提高了两个数量级以上，器件在270nm处响应度达到了最大值1594A/W；2）相同质量分数0.2wt%下，随着旋涂转数增大，器件的光电流和响应度都呈现了先增大后减小的趋势，结果显示4000rpm时器件性能最好。器件的上升时间为17.8ms，而下降时间略长为17.2s。用UV/O3照射处理的方式进行羟基化：1）以相同转速4000rpm旋涂不同质量分数PEI溶液，发现经0.2wt%PEI溶液修饰后的器件性能最好，光谱响应特性曲线显示器件在270nm处响应度达到最大值706A/W。2）相同质量分数下，以4000rpm旋涂PEI溶液形成的器件性能最好，器件的上升时间为103.6ms，下降时间约为11.86s。通过UPS测试及能级排布分析得出：相对于纯TiO2，PEI/K-TiO2和PEI/U-TiO2薄膜的二次截止边发生明显移动，Ecutoff分别减小了0.96eV和0.46eV。二次截止边的变化反映出修饰后TiO2表面真空能级上移，导致势垒高度降低，使修饰后器件的光电流、响应速度等性能得到明显提高。PEI/K-TiO2器件的光电流、响应度分别比TiO2器件提高了约32倍和33倍，上升时间缩短约60倍，但下降时间延长2倍多。PEI/U-TiO2器件的光电流、响应度分别比TiO2器件提高了约14倍、15倍，上升时间缩短了约10倍，但下降时间延长了1倍多。光电流随时间变化曲线显示，修饰后器件性能略有下降，但依然高于修饰前器件性能，说明器件经PEI修饰后稳定性良好，器件整体性能得到明显提高。为了验证PEI修饰提高紫外探测器性能的方法具有普遍性，本文以Zr0.2Ti0.8O2薄膜为基体材料进行PEI修饰后制作成紫外探测器，研究了不同羟基化方法、不同羟基化处理时间对修饰后器件性能的影响。测试结果显示KOH处理24h的器件性能优于处理12h和36h的器件性能；UV/O3处理20min的器件性能优于处理10min和30min的器件性能。经KOH处理24h的器件光电流比未经修饰的器件光电流提高了22倍，器件响应度最大值为1228A/W。经UV/O3处理20min后的器件光电流达到41.22μA、响应度为709A/W。采用UPS和能级排布分析发现，相对于纯Zr0.2Ti0.8O2经过UV/O3处理20min和KOH处理24h的器件势垒高度分别降低了0.43和0.7eV。由于KOH处理24h使器件势垒高度降低的更多，因此器件性能更好。此外，修饰后器件的上升时间明显缩短，但下降时间略有延长，原因是修饰后Au的费米能级更接近Zr0.2Ti0.8O2导带，使Au不容易俘获空穴，导致载流子的复合率降低；此外修饰后势垒高度降低，耗尽层变薄，使得耗尽区的电容和RC时间常数增大，导致下降时间变长。为了降低湿度对器件性能的影响，本文在紫外探测器表面修饰了PMMA，研究了器件在修饰前后受湿度影响的情况。修饰前，器件的暗电流随湿度的升高而升高；修饰后，器件的暗电流随湿度变化明显减小。分析认为，PMMA对TiO2薄膜表面进行修饰后，可以有效隔绝氧气、水分子在薄膜表面的吸附，使水分子在薄膜表面产生的导电离子减少，导致暗电流减小。通过适当增加PMMA修饰层厚度，使器件的暗电流基本保持稳定，起到了保护器件的目的。暗电流随时间变化的测试结果显示：在不同湿度下，修饰后器件暗电流基本维持在0.7nA左右，未随湿度的变化而变化，可见经PMMA修饰后，有效提高了器件的长期稳定性。本文详细研究了聚合物表面修饰对器件性能的影响，解释了光电流、响应度和响应时间等性能参数提高的具体机理，为提高紫外探测器性能提供了一种新途径。
郝勇敢[9]2016年在《二氧化钛基复合催化剂的结构设计及性能调控》文中研究表明本论文针对半导体催化剂TiO2存在的禁带宽度大、光生载流子复合率高等问题,结合Au纳米颗粒的表面等离子共振(SPR)效应和窄禁带半导体CuO对可见光较强的吸收能力,利用改进的溶胶凝胶法和静电纺丝方法,对二氧化钛基复合催化剂的结构和性能进行了设计与调控。将Au纳米颗粒、CuO与TiO2复合,不仅有效抑制了光生电子和空穴的复合,并且拓宽了催化剂的光谱响应范围,成功的制备出了具有可见光响应能力和高催化活性的二氧化钛基复合催化剂。研究的主要内容如下：1.利用改进的溶胶凝胶法和蒸发诱导表面活性剂自组装法相结合,制备了一系列金属氧化物分级多孔结构材料Fe2O3、ZnO和CeO2),探讨了影响金属氧化物的形貌、孔结构和尺寸的实验参数。并进一步把该方法拓展到合成负载贵金属纳米粒子的分级多孔材料,研究了不同载金量(2 wt.%、5 wt.%和10wt.%)的Au/TiO2分级多孔复合材料的制备过程与催化性能。得益于Au纳米粒子的均匀分散性,Au/TiO2在光催化降解罗丹明和在硼氢化钠存在条件下催化还原4-硝基苯酚为4-氨基苯酚中都表现出良好的催化活性。2.通过整合一种简单的静电纺丝技术和在空气中煅烧技术同步合成由介孔TiO2纳米纤维和Au纳米颗粒组成的Au/TiO2复合纳米纤维。复合纳米纤维中的Au负载量通过改变前驱体溶液中氯金酸用量来控制。对Au/TiO2复合纳米纤维的组分、微观结构、光响应性能进行了表征。在硼氢化钠存在的条件下,将4-硝基苯酚催化还原为4-氨基苯酚的过程中,随着复合纤维中Au负载量的增加,反应速率明显上升,而催化剂的TOF值下降。这是因为相同重量下更小尺寸的Au纳米颗粒有更大的总表面积,从而表现出更好的催化活性。3.采用静电纺丝技术和煅烧处理成功制备了具有高比表面积的CuO/TiO2异质结构纳米纤维。通过在紫外光和可见光下对罗丹明(RhB)光催化降解以及在硼氢化钠存在条件下将硝基苯酚催化还原为氨基苯酚的实验研究了CuO/TiO2复合催化剂的催化性能。结果表明,用CuO纳米粒子对半导体TiO2进行修饰,可以显着提高其在紫外光和可见光下的光催化性能,更重要的是,制备的CuO/TiO2异质结构纳米纤维在催化还原4-硝基苯酚、2-硝基苯酚和3-硝基苯酚的实验中表现出非常优异的催化活性。
匡勤[10]2007年在《金属氧化物（ZnO、SnO_2）半导体纳米材料的制备、表征及其应用》文中进行了进一步梳理众所周知,许多金属氧化物是具有特殊物理化学性能的功能材料,在催化剂、微电子器件、能量储存与转化等诸多领域有着广泛的应用。氧化锌(ZnO)和氧化锡(SnO_2)以其优异的光电性质以及高灵敏的气敏性质一直被认为是金属氧化物中最有应用前景的两种功能材料,它们都是典型的n型宽禁带直接半导体,其室温禁带宽度分别为3.37 eV和3.65 eV。最近几年,科研人员投入了相当大的精力对各种类型ZnO和SnO_2纳米材料的合成、表征以及它们在纳米器件领域中的应用进行了深入研究。鉴于它们在未来功能器件中的重要性,ZnO和SnO_2这两种金属氧化物被确定为本人博士论文期间的研究内容。本博士论文将主要围绕叁大研究方向进行:(1)单一ZnO和SnO_2纳米材料的合成和表征;(2)ZnO和SnO_2单根纳米线器件的研制和应用;(2)核壳型ZnO/SnO_2复合材料及其相应SnO_2空心材料的合成与表征。研究工作共分为十章,研究结果可以概括如下:第一章:简要地对ZnO和SnO_2这两种金属氧化物的基本特性以及在纳米材料领域的相关研究进行综述,阐明我们的选题依据以及研究内容。第二章:以锡烷(SnH_4)为气态前驱体,运用化学气相沉积法在喷金的硅片基底上沉积得到了高产率的SnO_2纳米线。电镜测试结果表明这些SnO_2纳米线的生长符合气-固-液(VLS)机理,其阴极荧光测试结果表明纳米线的发光性质与晶体内部中的氧缺陷浓度密切相关。此外,通过一种自催化的VLS机制,进一步合成得到了由SnO_2纳米棒构成的花状聚集体。第叁章:运用不同的合成方法获得了叁种典型ZnO纳米结构(四角叉、纳米棒和纳米线)。基于各种电镜分析结果并结合ZnO晶体结构的自身特点,我们对这些ZnO纳米结构的生长机理进行了深入的探讨,并利用光致发光和阴极荧光两种表征手段对它们的光学性质进行了细致的研究。第四章:以单根ZnO纳米线和SnO_2纳米线为结构基元,利用光刻、聚焦离子束沉积等微加工技术在硅片基底上构筑了简单的纳米线器件。基本电学测试结果表明金属氧化物半导体纳米线与金属电极的接触情况可以通过用聚焦离子束沉积金属Pt的方式显着改善,而与它们的功函数大小无关。热敏测试结果表明,SnO_2纳米线属于负温度系数热敏材料,但是其热敏常数B仅为433 K,不适合作为热敏电阻。光电导测试结果表明,对于365 nm的紫外光,ZnO纳米线的响应灵敏度远远大于SnO_2纳米线。这种响应灵敏度上的差别来源于两种纳米线的光电导效应产生机制的不同。场效应晶体管测试结果则提供了跨导、电子迁移率等SnO_2纳米线器件的基本性能参数。纳米线器件的成功构筑为我们进一步研究纳米线在纳米传感器领域的应用打下了良好的基础。第五章:以ZnO和SnO_2纳米线为例,探索了单根金属氧化物半导体纳米线构筑而成的纳米器件在湿度传感和气体传感两个领域的应用。湿敏传感测试结果表明,SnO_2纳米线器件对被测环境的相对湿度存在线性的响应,空气中水分子和O_2分子在半导体表面的竞争物理吸附是可能的响应机制。同时,利用两根独立的ZnO纳米线和SnO_2纳米线在同一硅片基底上成功构建了一个简单的二元气敏传感器阵列,并初步探讨了此阵列传感器在混合气体检测领域中的应用。此外,我们通过在金属氧化物纳米线表面修饰金属或氧化物颗粒大大改善了纳米线气敏传感器的灵敏度和选择性。这些研究结果将推动单根金属氧化物半导体纳米线湿敏/气敏传感器向实用化方向发展。第六章:以核壳型ZnO/SnO_2四角叉为例,在两种存在较大结构差异的晶体之间实现了叁维外延生长,并且发现了外延界面对金属氧化物半导体发光性质的调制作用。电镜表征结果证实了合成得到的产物是以ZnO四角叉为内核,厚度为15～30 nm的SnO_2外延层为外壳的核壳型复合结构,它们之间的外延关系为:(010)SnO2‖(01(?)0)ZnO和[100]SnO2‖[0001[ZnO。光致发光和阴极荧光分析结果表明在ZnO/SnO_2外延界面的诱导下,四角叉的光学性质发生重大改变,在450～600nmn范围内出现了强烈的绿光发射。这项研究工作为今后类似的异质外延结构的合成以及光学性质的调制开辟了一条新的道路。第七章:以ZnO六棱柱和六棱锥为生长模板,系统考察了SnO_2在ZnO晶体的叁组典型晶面({01(?)0}、{10(?)1}、{0001})上的外延生长。通过控制合适的实验条件,SnO_2在ZnO晶体表面可以形成纳米颗粒、定向生长的纳米棒/线和连续单晶薄膜叁种纳米结构形态。晶体结构分析表明ZnO和SnO_2之间的晶格失配在SnO_2外延生长中起着重要作用:SnO_2总是沿着晶格失配度最小的方向(即[2(?)0]ZnO‖[001]SnO_2)优先生长,而其径向上的生长则受到失配应力的束缚。阴极荧光分析结果表明,与核壳型ZnO/SnO_2四角叉的发光性质一样,复合之后的ZnO/SnO_2六棱锥也表现出了不同于单一ZnO和SnO_2的强烈的绿光发射,为此我们提出了外延界面缺陷调制半导体发光的机制。对ZnO/SnO_2这一特殊外延体系深入而彻底的认识,有可能为其它类似的金属氧化物半导体复合纳米材料的合成和应用提供理论上的指导。第八章:以预先制备好的ZnO纳米棒阵列为牺牲模板,经过SnO_2包覆和盐酸刻蚀两步合成得到了一系列SnO_2空心纳米管阵列。通过选择合适尺寸的初始模板并控制合适的实验条件,我们可以得到四种类型的氧化锡纳米管阵列:纳米颗粒组成的纳米管、纳米棒组成的纳米管、纳米环组成的纳米管以及单晶薄膜组成的纳米管。SnO_2与ZnO之间的外延生长在纳米管管壁的形成过程中,扮演了非常重要的角色。我们相信这些SnO_2纳米管将会在高灵敏气敏传感器、光催化剂等领域有着良好的应用前景。第九章:以SnH_4为气态前驱体,运用化学气相沉积法成功地实现了SnO_2纳米颗粒在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面的负载,SnO_2纳米颗粒的尺寸和覆盖度可以通过精确控制SnH_4前驱体的供应(气体流速、沉积时间)加以调控。因此,我们的研究为制备MWCNTs-SnO_2复合纳米材料提供了一条好的合成路径。此外,以MWCNTs为牺牲模板,在较高的沉积温度(730℃)合成得到由纳米颗粒连接而成的一维链状SnO_2纳米线。第十章:以四氯化碳为原料、以金属钾为还原剂,运用溶剂热的方法在相对较低的温度下(60～100℃)合成得到了厚度仅为3～8 nm的碳纳米薄膜。X射线粉末衍射和拉曼光谱表征结果表明这些膜状产物是石墨化的碳;BET测试结果表明碳纳米薄膜具有较大的比表面(97.2 m~2.g~(-1))。此外,以六氯苯为原料、以金属钠为还原剂,运用相似的方法成功地合成得到纳米球、纳米管等各种碳空心结构。这些碳空心结构将在催化剂载体、药物传输等许多领域具有潜在的应用。
参考文献：
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[2]. TiO_2薄膜的制备及其紫外光电导性能的初步研究[D]. 张利伟. 郑州大学. 2005
[3]. TiO_2薄膜的制备及其紫外光导性能研究[D]. 江伟. 北京化工大学. 2009
[4]. 金属—半导体—金属结构二氧化钛紫外光电探测器的研制[D]. 薛海林. 吉林大学. 2008
[5]. 二氧化钛纳米管阵列的制备及其光电特性[D]. 王联波. 太原理工大学. 2015
[6]. 基于TiO_2的紫外光探测器的研制[D]. 孔祥梓. 吉林大学. 2010
[7]. 分级结构纳米金属氧化物/碳化硅超细纤维的制备及性能研究[D]. 王兵. 国防科学技术大学. 2015
[8]. 聚合物表面修饰对紫外探测器性能影响的研究[D]. 谷学汇. 吉林大学. 2014
[9]. 二氧化钛基复合催化剂的结构设计及性能调控[D]. 郝勇敢. 安徽理工大学. 2016
[10]. 金属氧化物（ZnO、SnO_2）半导体纳米材料的制备、表征及其应用[D]. 匡勤. 厦门大学. 2007
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