纳米Cu2O-WO3材料的制备和光电性能的研究

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Cu20是一种p型半导体材料,其禁带宽度较小,只有2.17eV。Cu2O能在太阳光中的可见光范围内光催化分解水和降解有机物。此外,加上氧化亚铜无毒和价格低廉等优点,氧化亚铜已成为光催化领域的研究新方向,是一种极具发展潜力的光催化半导体材料。然而Cu20作为光催化材料在实际应用中主要存在着两个方面的不足,一是氧化亚铜被光子激发后产生的电子—空穴易复合,从而导致它的光催化活性较低。二是制备出来的氧化亚铜的稳定性差,容易在光催化过程中被氧化导致氧化亚铜性质的改变。本文通过半导体复合和减小Cu20晶粒尺寸这两个方面来改善Cu20的催化活性和稳定性。复合Cu2O-WO3薄膜实验结果表明:复合薄膜相比氧化亚铜薄膜光电流密度得到了较大的提升,并且随着氧化钨的增加光电流密度随之增加。在掺杂量为40g/L,薄膜的光电流密度,载流子浓度到达最大,分别为0.011mA/cm2和1X1019/cm3,且薄膜经过20min的光照后,薄膜的光电流密度还能保留初始电流密度的80%以上,说明薄膜的稳定性很好。纳米氧化亚铜的实验结果表明:阳极氧化得到的氧化亚铜的形貌为纳米棒状,直径在10nm左右。样品经过退火后,光电流密度,载流子浓度得到提升。在退火温度为350℃的条件下,样品的电流密度,载流子浓度达到最大,分别为0.042 mA/cm2和1.4×1021/cm3。纳米复合Cu2O-WO3薄膜实验结果表明:薄膜的形貌为纳米纺锤体结构。样品经过退火后,光电流密度和载流子浓度最大分别为1.5mA/cm2和4.8×1022/cm3。纳米复合Cu2O-WO3薄膜光催化活性的提高,一方面是由于p-n型半导体的复合,使得电子—空穴的复合程度降低,提高了光催化活性。另一方面是由于Cu20的晶粒尺寸的减小,增加其比表面积以及减小光生载流子的迁移距离,提高氧化亚铜光催化活性。两者的结合进一步的提高了氧化亚铜的光催化活性,拓展了氧化亚铜在光催化领域的应用。
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