ZnO是一种极具潜力的第三代直接宽带隙II-VI族氧化物半导体材料(带隙3.37 eV)[1],其导带和价带的位置同时满足还原水产生氢和氧化水产生氧的要求,可用于紫外光分解水[2]
同时,ZnO具有较高的稳定性且价格低廉和易于制备,可用于半导体光电催化[3]
但是,电极/电解质界面处电子-空穴对的重组和表面反应动力不足[4],使基于ZnO纳米材料的光阳极结果不理想
解决上述问题的方法,有ZnO掺杂改性[5]、在电极/电解质界面处添加催化剂[6]、在电极/电解质界面处添加表面钝化层[7]和构造特殊的ZnO纳米结构[8]
其中ZnO纳米结构,对其光电化学性能有较大的影响
一维ZnO纳米材料(如纳米线,纳米棒,纳米片等)可为载体提供线性传输通道,因此广泛用于PEC光阳极[9]
近年来,发现许多具有优异PEC性能的ZnO纳米结构[10,11]
但是,目前能用于分解水的ZnO纳米结构大多使用FTO导电玻璃[12]、ITO导电玻璃[13]和Si等导电衬底[14],在蓝宝石[15]和纤维材料[16]等绝缘衬底上生长的ZnO纳米结构因没有载流子传输通道而不能使用
在传统绝缘基板(如蓝宝石)上生长的纳米阵列,互不交联使其难以应用[17]
因此对于材料的合成,重要的是在各种基板上同时进行纳米阵列和薄膜的外延[18]
计算结果表明,[0002]Al2O3//[11-20]ZnO(c Al2O3(1.299 nm)≈4aZnO(0.325 nm))晶格失配度约为0.06%,[10-10]Al2O3//[10-10]ZnO(2a Al2O3(0.4758 nm)≈3aZnO(0.325 nm))的晶格失配度约为2.5% [19]
因为衬底的取向决定了纳米材料的生长方向,本文使用与c面ZnO晶格匹配良好的a面蓝宝石作为衬底用简单的化学气相沉积法生长ZnO纳米棒阵列和薄膜,阐述其生长机理并研究其光电化学性能
1 实验方法1.1 样品的制备
用丙酮和乙醇依次充分清洗蓝宝石衬底,并用氮气枪将其吹干,然后在衬底表面磁控溅射一层厚度约为2 nm的金催化剂薄膜
用碳热还原工艺生长ZnO纳米结构,所用的双温区管式炉如图1中所示
图1
图1实验用管式炉的示意图
Fig.1Schematic diagram of tube furnace
将0.3 g的ZnO粉末(纯度为99.99%)和
声明：
“ZnO纳米棒阵列和薄膜的同步外延生长及其光电化学性能” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：熊庭辉,蔡文汉,苗雨,陈晨龙
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2025年06月06日 ~ 08日 
