半导体金属氧化物(Cu_2O,ZnO)复合材料的制备及性能研究

半导体金属氧化物（Cu_2O,ZnO）复合材料的制备及性能研究

半导体金属氧化物材料,因其独特的物理化学性能和来源丰富等优点,在光催化、化学传感和太阳能电池等方面有着广泛的应用。因此,设计出形貌可控、高效、稳定的半导体功能材料成为当前科学研究的重点。

通过一步水热法合成了一种新型的以孔状Cu₂O和还原氧化石墨烯为基础的异质结复合材料（Cu₂O-RGO）。阴离子表面活性剂琥珀酸二异辛酯磺酸钠（AOT）作为软模板用于构建新型Cu₂O微观结构,抗坏血酸在Cu₂O的生长过程中作为还原剂和蚀刻剂,并且Cu₂O的表面刻蚀和GO的还原在反应体系中同时发生。

平均边缘长度约为1.55μm的孔状Cu₂O均匀分散在RGO的表面,Cu₂O-RGO（2wt%）异质结具有较好的光催化性能和可循环利用性,其H₂产量高达64.3μmol/g,相比于单纯Cu₂O（12.8μmol/g）光催化性能提高5倍。Cu₂O-RGO的光催化性能的提高是由于Cu₂O中氧空位和RGO的柔性导电通道共同作用的结果。

Cu₂O与石墨烯的协同作用使其在可见光区的吸收范围更广,光生电子-空穴对的复合能力降低,因此认为Cu₂O-RGO异质结可以为能源应用提供一种设计高性能光催化剂的方法。通过一步溶剂热法和退火工艺成功制备出由二维多孔氧化锌纳米片自组装而成的多级分层的花状结构。

随后通过滴加不同体积的Pd（NO₃）

₂·2H₂O溶液制备了一系列Pd-ZnO复合材料,并用ZnO和

Pd-ZnO复合材料制备了气体传感器,研究了它们在不同工作温度下对各种气体的传感性能。结果表明,与氨气（0.9%）、甲醛（38%）、甲醇（71%）、氢气（35%）、CO（15%）相比,0.05 wt%Pd-ZnO对丙酮的表现出非常高的选择性（165%）。

此外,于单纯的ZnO相比,该材料具有较低的工作温度和较短的响应-恢复时间（11 s、5 s）。采用水热法,通过改变醋酸铜与醋酸锌的比例成功地制备出了球形

Cu₂O-ZnO异质结,并对其进行XRD、SEM、TEM、EDS和XPS等表征,系统探究了醋酸锌的加入量对于样品形貌的影响。

结果表明,Zn²⁺的加入量对Cu₂O-ZnO异质结的形貌调控具有重要作用:随着Zn²⁺加入量的增加,复合材料从截角八面体逐渐变为球状,并且其光催化性能逐渐增强。相比于单纯的Cu₂O（12.5μmol/g）,复合材料的光催化产氢性能（129.6μmol/g）提高了10.3倍,这是由于ZnO与Cu₂O在材料的表面形成了p-n结,有利于光生电子-空穴对的分离,因此,ZnO的成功复合可以提高材料的光催化性能。