射频磁控溅射氧化锌薄膜的制备、改性及光催化性能研究

【摘要】：随着地球环境问题的日益严重,利用纳米半导体光催化剂进行环境净化已经引起了广泛的重视。目前的应用主要集中在水和空气的净化和处理方面。然而传统的粉末光催化剂在应用中存在许多缺点,如反应过程中必须搅拌,反应后催化剂难于分离和回收等。而纳米薄膜半导体光催化剂在处理污水过程中不易流失、便于回收、无二次污染,克服了这些缺点,并有着广阔的工业用途。 ZnO是一种具有许多卓越性能的宽禁带Ⅱ-Ⅳ族化合物半导体材料,对于ZnO的催化性能已有一些研究,但由于ZnO自身的光腐蚀作用:ZnO+2h~+→Zn~(2+)+1/2O_2,人们对其研究较少。然而,将ZnO纳米薄膜进行离子注入改性处理,进行贵金属表面修饰,或者制备以ZnO半导体材料为主体的氧化物混合物薄膜,不仅可使ZnO自身的光腐蚀作用减弱,而且也会进一步提高ZnO薄膜的光催化性。 本文利用射频磁控溅射分别制备ZnO薄膜、ZnO-TiO_2薄膜、ZnO-SnO_2薄膜,并对制备出的ZnO薄膜进行了XRD、AFM、Raman、UV-Vis表征;用离子注入法在磁控溅射制备的ZnO薄膜中分别注入金属Ti离子、V离子,用蒸发镀膜法在磁控溅射制备的ZnO薄膜上蒸发贵金属Ag、Au;研究对比这7种薄膜对苯酚溶液的光催化活性,并找到最佳光催化方案。研究表明:用蒸发镀膜法在磁控溅射制备的ZnO薄膜上蒸发贵金属Ag制备出的ZnO-Ag薄膜在7种方案中具有最佳的光催化活性。