ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性.pdf

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)MarchActaPhys．一C．Sin．，2010，26(3)：663—668【Article】www．whxb．pku．edu．cnN．TiOz／ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性翟晓辉龙绘锦'2董江舟1,2曹亚安1,2，(南开大学物理学院，天津300071；南开大学泰达应用物理学院，天津300457)摘要：以ZnO纳米柱阵列为模板，采用溶胶一凝胶法制备出TiO~CZnO和N掺杂TiO2／ZnO的复合纳米管阵列．扫描电镜(SEM)、X射线光电子

2、能谱(XPS)和紫外一可见漫反射吸收光谱(UV—Vis)的结果表明：两种阵列的纳米管均为六角形结构，直径约为100nnl，壁厚约为20rim；在N-TiOyZnO复合纳米管阵列中，掺入的N离子主要是以N—O、N—C和N—N的形式化学吸附在纳米管表面，仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO晶格O的位置；表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化，增强了纳米管阵列的光吸收效率，促进了光生载流子的分离．光催化实验结果表明，N离子的掺杂有利于N．TiO2／ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高．关键

3、词：光催化；TiOfZnO复合纳米管阵列；N掺杂；掺杂机理中图分类号：0648；0643DopingMechanismofN-TiOz／ZnOCompositeNanotubeArraysandTheirPhotocatalyticActivityZHAIXiao—Hui。LONGHui—Jin。DONGJiang—ZhouCAOYa—An，CollegeofPhysics,NankaiUniversity．Tianjin300071，P．R．China；2TedaAppliedPhysicsSchool

4、NankaiUniversity,Tianjin300457,P．R．China)Abstract：Ti0n0andN—dopedTiOnOcompositenanotubearraysweresynthesizedbythesol—gelmethodusingZn0nanorodarraysasatemplate．Scanningelectronmicroscopy(SEM)，X-rayphotoelectronspec~oscppy(XPS)，anddiffusereflectanceUV．viSsp

5、ec~oscopy(uv．viswereusedtocharacterizethesamples．Thenanotubeshadauniformhexagonalshape．ThediameterandWallthicknessofthenanotubeswereabout100amand20nln．respectively．SomeNdopan~weresubstitutionallydopedintotheTi()2lattice，whiletheN一0N—C，andN-Nwerechemically

6、absorbedontothesurfaceoftheTi0fZnOcompositenanotubes．Dopant-inducednarrowingofthebandgapresultedfromthedopingofNionsintotheTiO2la砸ces．ThesurfaceNspeciesenhancedthevisible一1htresponseandpromotedtheseparationofphotogeneratedcarriers．ComparedwiththeTioyZnOco

7、mpositenanotubearrays．theN—TiO2／ZnOcompositenanotubearraysexhibitedhigherphotocatalyticactivity．KeyWords：Photocatalysis；TiOfZnOcompositenanotubearray；Ndoping；DopingmechanismTiO在光催化、光电转换和光解水制氢等方面收范围，提高光的利用率的有效方法．具有广泛的应用前景，近年来，一直得到人们的极大2001年，Asahi等[41用氮掺杂二氧

8、化钛可见光催关注【1_3]．然而，TiO的禁带宽度为3．2eV，只能吸收化剂的研究成果报道以后，非金属掺杂二氧化钛的小于387．5llm的紫外光，对太阳光的吸收效率较低．研究得到了人们的高度重视，如，c¨、s2-F一等非金实验证明，金属或非金属离子的掺杂是拓宽TiO吸属离子掺杂的二氧化钛[8-1o]．Received：August19，2009；Revised：November26，2009；PublishedonWeb：Ja