金屬氧化物薄膜的熱汽相沉積法制備研究.pdf

1、本文主要通過一種低成本、操作簡單、化學組分易控制的合成方法--熱汽相沉積法，在非真空條件下制備納微結構ZnO，并對其生長機理、結構形貌及光催化性能進行較為系統(tǒng)的研究。 以金屬鋅粉為蒸發(fā)源物質，在氬氣氣氛中加熱，在無外加催化劑的條件下成功的在Si襯底上制備了大量形貌均一的四足狀ZnO(T-ZnO)。測試結果說明四足狀產物有較高的結晶質量，這和從中心核伸展生長的“無襯底”生長形式有關，因此產物很容易在基體材料中實現(xiàn)均勻的三維分布，有

2、可能成為較為理想的復合材料的補強增韌劑。系統(tǒng)比較載氣類型及流量、沉積時間和襯底溫度對產物形貌的影響，發(fā)現(xiàn)在生長過程中熱汽相沉積過程對于O<,2>的濃度十分敏感，O<,2>不僅影響ZnO顆粒大小，而且使ZnO的極性生長面發(fā)生變化，對產物形貌有決定性作用。此外，通過反應過程的熱力學分析，得出在高溫時調節(jié)氧分壓是控制反應趨勢的有效手段。沉積時間的增加和襯底溫度的升高使襯底上逐漸出現(xiàn)二維納米片，通過理論分析認為是二維形核率提高所導致。

3、利用VS機理和晶體的形核生長理論，探討了存在于T-ZnO及棒狀ZnO(R-ZnO)中“塔狀”形貌的生長機理，認為其形成過程主要決定于ZnO各晶面表面自由能的差異和極性晶體ZnO沿C軸方向生長的固有生長習性，并相應提出了“階段性外延形核”的生長模式。 采用自制光催化性能實驗裝置對制備的T-ZnO光催化性能進行測試，產物在紫外燈下具有降解甲基橙有機溶液的光催化性能。在對原裝置引入水浴冷卻槽、并減少測試溶液量之后，測試條件進一步得到優(yōu)

4、化，解決了先前測試結果中降解率突降及效果不明顯的問題，產物催化效率顯著。實驗結果表明水浴溫度是測試ZnO催化降解率過程中的重要因素之一，其原因主要是有效降低了由紫外燈照射產生的熱輻射對催化性能的影響。首次采用熱汽相沉積和射頻磁控濺射相結合的“兩步法”成功制備了銀/棒狀ZnO(Ag/ZnO)復合催化劑，針對其光催化性能與單相R-ZnO進行了比較。濺射時間較短的Ag/R-ZnO復合產物其催化效率高于R-ZnO，但濺射時間較長的卻低于R-Zn

5、O，分析認為，這是由于濺射時間影響R-ZnO表面Ag負載量所導致的結果。Ag作為光生電子(e<'->)的接收器，可促進復合系統(tǒng)界面的載流子輸運，有效的減少電子空穴對的復合率，從而提高光催化劑反應活性。但在負載量較高時，負載在R-ZnO表面的Ag可能形成一層連續(xù)膜，阻礙R-ZnO光照程度，因此無法產生電子-空穴對，造成復合產物光催化性能降低的結果。進一步利用上述方法成功制備了分散性較好的銀/四足狀ZnO(Ag/T-ZnO)復合催化劑，探討