免费论文：ZnO(TiO2)/Bi2O3(Cu2O)异质结薄膜的形貌调控、光催化及光伏性能研究

本文从半导体能带结构入手，以半导体异质结理论、半导体-金属异质结理论等方面知识为基础，以ZnO、Bi2O3、Cu2O半导体材料和Ag、Cu金属材料为载体，对材料的光催降解染料、光催化分解水产氢、光伏等方面的性能进行了研究，探讨了制备工艺、微观形貌、晶体结构、能带结构等与光电转换性能之间的关系。利用磁控溅射法、溶胶浸渍-提拉法和热蒸发法制备了ZnO薄膜，讨论了制备手段、薄膜厚度等因素对ZnO薄膜形貌、晶粒尺寸以及光催化性能的影响；利用微模板方法对ZnO进行了表面微网格的修饰，使其漫反增加、镜面反射减少从而提高了光催化性能；利用热蒸发方法制备了ZnO发光薄膜，并讨论了热蒸发温度对其光催化、发光性能的影响。利用磁控溅射法在FTO基底上沉积了Bi2O3薄膜，并进一步通过在Na2SO3水溶液中进行电解得到了Bi/Bi2O3复合薄膜；Bi/Bi2O3较Bi2O3对可见光的吸收更强；可见光激发下，Bi/Bi2O3复合薄膜的光电流比纯Bi2O3要大将近1000倍；在外加电压下，Bi/Bi2O3光电极实现了光解水产氢，而在同样条件下，Bi2O3光电极不能导致氢气的生成。将ZnO和Bi2O3进行了特殊结构的复合，此ZnO薄膜/Bi2O3网格复合光催化剂可以同时吸收紫外光和可见光，可以使两种半导体同时接触染料分子，二者形成了错开型异质结，光生电子和空穴可以实现空间上的分离，从而光催化性能有所提高；利用光还原技术将金属Ag颗粒沉积在ZnO薄膜/Bi2O3网格光催化剂表面，使Ag同时修饰两种半导体，使其光催化性能有了进一步的提高。利用磁控溅射法在ITO基底上制备了ZnO/Cu2O异质结薄膜电池，I-V曲线表明该电池具有很明显的光电转换特性；讨论了薄膜的热处理温度、厚度等因素对ZnO/Cu2O异质结薄膜电池光电转换效率的影响以及原因。研究发现，ZnO阵列/Cu2O薄膜电池较ZnO薄膜/Cu2O薄膜电池具有更好的耦合效应，光电响应应更明显。在ZnO网格阵列的高度合适时，可以在一定程度上提高ZnO/Cu2O的光电转换效率。采用水热法在相对较低的温度下合成了形貌均匀的金属Cu颗粒，呈糖球状，直径在2-5m左右。系统研究了甲醛初始量、溶液pH值以及光照对甲醛分解产氢速率的影响。结果表明，当甲醛与水的初始体积比为4:16时，Cu催化甲醛分解产氢速率最快；在宽的pH范围内，Cu催化甲醛产氢的反应都可以进行，而酸性环境和碱性环境更利于其向产氢的方向推进，机理却截然不同。研究中还发现，光照可以明显增强Cu催化甲醛产氢的效率，应用等离子共振效应理论对其进行了解释。

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