ZnGa2O4和Ga2O3發(fā)光與光催化性能的人工調(diào)控.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，污水中存在有機(jī)污染的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，并且使用傳統(tǒng)的水處理技術(shù)已經(jīng)不能使污水達(dá)到可循環(huán)利用的標(biāo)準(zhǔn)了。以半導(dǎo)體作為光催化劑，利用太陽(yáng)光能有效的降解有機(jī)污染物，在污染治理方面有很好的應(yīng)用前景，近年來(lái)一些長(zhǎng)余輝材料(光照時(shí)能吸收和儲(chǔ)存激發(fā)能，停止激發(fā)后能把儲(chǔ)存的能量以發(fā)光的形式逐漸釋放出來(lái)的固體發(fā)光材料)被用來(lái)作為光催化劑，有研究表明具有 d10電子結(jié)構(gòu)的元素(Ga, Zn等)展現(xiàn)出較好的光催化性能。本文中我們以具有d10電

2、子結(jié)構(gòu)的含 Ga氧化物為研究對(duì)象，通過(guò)采用摻雜不同類型的離子或表面負(fù)載貴金屬的方式來(lái)控制光生電子和空穴的復(fù)合效率，并且從光生電子和空穴的分離與復(fù)合的角度分析余輝特性與光催化性能的內(nèi)在聯(lián)系。具體的研究?jī)?nèi)容主要包括以下三個(gè)方面：
　　采用高溫固相法制備了 ZnGa2O4, ZnGa2O4:Dy3+0.02和 ZnGa2O4:Eu3+0.02長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在ZnGa2O4基質(zhì)中摻雜Eu3+會(huì)減弱光催化活性而摻雜Dy3

3、+會(huì)增強(qiáng)光催化活性。經(jīng)過(guò)測(cè)試掃描電鏡發(fā)現(xiàn)Dy3+，Eu3+的摻雜并沒(méi)有改變樣品的形貌，并且當(dāng)處在同一基質(zhì)的情況下時(shí)，不會(huì)存在其他的干擾因素而導(dǎo)致出現(xiàn)不同的光催化現(xiàn)象，于是我們分析可能是由于 Dy3+， Eu3+離子的分別摻雜使得ZnGa2O4基質(zhì)陷阱能級(jí)中俘獲的光生載流子數(shù)量發(fā)生變化。光致發(fā)光測(cè)量顯示與基質(zhì)比較Eu3+摻雜出現(xiàn)了613 nm的紅色發(fā)射峰，這說(shuō)明Eu3+離子摻雜在基質(zhì)中作為復(fù)合中心,然而Dy3+摻雜沒(méi)有出現(xiàn)新的發(fā)光，可能作

4、為陷阱中心存在于基質(zhì)中。熱釋光測(cè)試證實(shí)摻雜Dy3+會(huì)增加陷阱濃度，而Eu3+的摻雜減少陷阱濃度。同時(shí)，摻雜Dy3+會(huì)增強(qiáng)余輝發(fā)光性能，而Eu3+的摻雜會(huì)減弱余輝發(fā)光性能。所以，我們認(rèn)為在ZnGa2O4中，在紫外光激發(fā)下形成電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)通過(guò) Eu3+發(fā)光中心復(fù)合而消失，從而導(dǎo)致光催化性能減弱。在Dy3+摻雜的材料中，由于存在多陷阱能級(jí)，當(dāng)紫外光激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，陷阱能級(jí)可能陷住其中的電子或空穴導(dǎo)致電子空穴的有效分離，從而

5、增強(qiáng)光催化性能。
　　采用高溫固相法制備了ZnGa2O4:xTi(x=0,0.01,0.025,0.05)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。XRD顯示 Ti4+離子的摻雜沒(méi)有改變 ZnGa2O4的晶體結(jié)構(gòu)，Ti4+離子的摻雜主要取代ZnGa2O4中的Ga3+離子。隨著Ti含量的增加，樣品的光致發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱，而余輝性能得到了有效的提高，這可以歸因于 Ti4+離子的摻雜形成了新的陷阱。同時(shí)光催化測(cè)試表明Ti4+離子的摻雜能夠提高光催化活性。Ti4+

6、摻雜產(chǎn)生的新陷阱延長(zhǎng)了光生電子與空穴復(fù)合的時(shí)間，從而增強(qiáng)光催化性能和展示出優(yōu)異的余輝性能。同時(shí)對(duì)材料的長(zhǎng)余輝性能和光催化性能之間的聯(lián)系做了討論。
　　采用光化學(xué)還原法合成了Ag/Ga2O3，Ag/ZnO納米結(jié)構(gòu)。樣品的XRD表明在紫外光的照射下成功的將 Ag+還原成 Ag。通過(guò)測(cè)量樣品的 X射線光電子能譜和觀察掃描電鏡圖片進(jìn)一步確認(rèn)產(chǎn)生了 Ag納米顆粒，并且 Ag分別生長(zhǎng)在 Ga2O3和 ZnO的表面，形成了金屬－半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。光