ZnO是一種極具潛力的第三代直接寬帶隙II-VI族氧化物半導體材料(帶隙3.37 eV)[1],其導帶和價帶的位置同時滿足還原水產生氫和氧化水產生氧的要求,可用于紫外光分解水[2]
同時,ZnO具有較高的穩定性且價格低廉和易于制備,可用于半導體光電催化[3]
但是,電極/電解質界面處電子-空穴對的重組和表面反應動力不足[4],使基于ZnO納米材料的光陽極結果不理想
解決上述問題的方法,有ZnO摻雜改性[5]、在電極/電解質界面處添加催化劑[6]、在電極/電解質界面處添加表面鈍化層[7]和構造特殊的ZnO納米結構[8]
其中ZnO納米結構,對其光電化學性能有較大的影響
一維ZnO納米材料(如納米線,納米棒,納米片等)可為載體提供線性傳輸通道,因此廣泛用于PEC光陽極[9]
近年來,發現許多具有優異PEC性能的ZnO納米結構[10,11]
但是,目前能用于分解水的ZnO納米結構大多使用FTO導電玻璃[12]、ITO導電玻璃[13]和Si等導電襯底[14],在藍寶石[15]和纖維材料[16]等絕緣襯底上生長的ZnO納米結構因沒有載流子傳輸通道而不能使用
在傳統絕緣基板(如藍寶石)上生長的納米陣列,互不交聯使其難以應用[17]
因此對于材料的合成,重要的是在各種基板上同時進行納米陣列和薄膜的外延[18]
計算結果表明,[0002]Al2O3//[11-20]ZnO(c Al2O3(1.299 nm)≈4aZnO(0.325 nm))晶格失配度約為0.06%,[10-10]Al2O3//[10-10]ZnO(2a Al2O3(0.4758 nm)≈3aZnO(0.325 nm))的晶格失配度約為2.5% [19]
因為襯底的取向決定了納米材料的生長方向,本文使用與c面ZnO晶格匹配良好的a面藍寶石作為襯底用簡單的化學氣相沉積法生長ZnO納米棒陣列和薄膜,闡述其生長機理并研究其光電化學性能
1 實驗方法1.1 樣品的制備
用丙酮和乙醇依次充分清洗藍寶石襯底,并用氮氣槍將其吹干,然后在襯底表面磁控濺射一層厚度約為2 nm的金催化劑薄膜
用碳熱還原工藝生長ZnO納米結構,所用的雙溫區管式爐如圖1中所示
圖1
圖1實驗用管式爐的示意圖
Fig.1Schematic diagram of tube furnace
將0.3 g的ZnO粉末(純度為99.99%)和
聲明：
“ZnO納米棒陣列和薄膜的同步外延生長及其光電化學性能” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：熊庭輝,蔡文漢,苗雨,陳晨龍
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2025年07月09日 ~ 11日 
