GaN-ZnO固溶體多級納米結(jié)構(gòu)的可控制備與光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)是一種具有廣闊應(yīng)用前景的解決能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的新型綠色技術(shù)，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能實(shí)現(xiàn)污染物降解、水分解制氫及二氧化碳光還原等。為了有效利用太陽光，研究者通過染料敏化、元素?fù)诫s、半導(dǎo)體復(fù)合等手段開發(fā)具有可見光活性的光催化材料。而利用兩種或以上晶體結(jié)構(gòu)近似但電子結(jié)構(gòu)不同的半導(dǎo)體制備固溶體是一種開發(fā)具有可見光響應(yīng)光催化材料的十分有效的能帶工程方法。近來的研究表明，GaN/ZnO固溶體具有獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu):它的導(dǎo)帶底主要

2、由Ga的4s和4p軌道構(gòu)成，而價(jià)帶項(xiàng)由Zn3d和N2p軌道構(gòu)成;由于Zn3d和N2p存在p-d軌道排斥的作用，使其在導(dǎo)帶位置幾乎不變的情況下，價(jià)帶位置得到提升，禁帶寬度減小。因此，關(guān)于GaN/ZnO固溶體的研究近年來受到廣泛的關(guān)注。本文采用不同的合成方法，包括溶膠凝膠法以及化學(xué)氣相沉積法，實(shí)現(xiàn)了GaN/ZnO固溶體形貌和維度的可控制備，研究了不同形貌GaN/ZnO固溶體的光催化性能。
　　首次用溶膠-凝膠法合成了多孔片狀多級納米結(jié)

3、構(gòu)GaN/ZnO固溶體，由于多孔結(jié)構(gòu)高的比表面積和氣體吸附能力，其光催化降解IPA的效率是顆粒狀GaN/ZnO固溶體的15倍。在使用不同自由基捕獲劑（·OH，h+和O2·-）條件下，利用多級納米結(jié)構(gòu)GaN/ZnO固溶體進(jìn)行的光催化降解異丙醇(IPA)的實(shí)驗(yàn)證明，電子和空穴共同影響IPA降解過程。長時(shí)間光催化降解反應(yīng)顯示，多孔片狀GaN/ZnO固溶體具有非常良好的穩(wěn)定性。此外，在多孔片狀GaN/ZnO固溶體表面負(fù)載貴金屬助催化劑，更利于光

4、生電子和空穴的分離和遷移，可以促進(jìn)IPA通過三電子反應(yīng)更高效地轉(zhuǎn)化為二氧化碳;而在無貴金屬擔(dān)載時(shí)IPA只能通過單電子反應(yīng)降解為丙酮。
　　本文還研究了層片狀GaN/ZnO固溶體的制備及其光催化性能。由于二維層片狀結(jié)構(gòu)的主要暴露面為高活性晶面，其光催化性能能夠大幅提升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，層片狀GaN/ZnO固溶體降解IPA的活性是傳統(tǒng)顆粒狀固溶體的近9倍。
　　此外，本文研究了GaN/ZnO固溶體納米線的制備及其光催化性能。得益于