论文部分内容阅读
ZnO纳米材料是一种多功能的新型半导体材料,并且可以在室温和低激活能的情况下进行高效的激子发射。低维结构的纳米材料,由于特有的结构和形貌,其出现的优异电学、光学性能,在光电领域的应用非常广泛。但由于其复杂的结构缺陷及它的宽禁带,也存在着自身的缺点。例如单一光解水产氢材料自身光生电子和空穴的快速复合和较低的光子利用率,限制其实际应用。所以通过掺杂或者复合的方式对ZnO进行改性处理。例如利用氧化物、贵金属等沉积在ZnO半导体表面改变其电子结构,引入杂质或者缺陷,改善ZnO的光吸收范围,从而导致ZnO的光学、电学和磁学性质急剧变化,得到性能较好的光电极原料以满足人们的需求。首先,通过表面修饰成功制备了具有特殊形貌和优异光电响应性能的Cu@ZnO纳米结构,结合Cu纳米粒子表面等离子体共振效应能够吸收可见光的特性,对一维ZnO纳米线进行改性。利用飞秒脉冲激光激发Cu@ZnO纳米结构,讨论其线性和非线性光学性质及激发机制。结果表明,Cu@ZnO纳米线有两个主要辐射峰且在可见区域复合结构的峰强于未改性的ZnO纳米线。此外,所有样品都表现出双光子吸收行为,并且其拟合数据后得到的复合材料的吸收系数高于未改性的ZnO纳米线。得到结果表明,这些优异性能在多功能光学器件方面可以被广泛应用。其次,深入讨论材料的制备机理、形貌的形成机制以及粒子的覆盖面与光电流强度之间的关系。通过Cu@ZnO上Cu纳米粒子的调控作用来增强光生载流子的输运性能。结果证实Cu@ZnO纳米结构中半导体受激发光照射和Cu纳米粒子的表面等离子体共振所产生的热电子注入共同作用展宽了复合结构的光吸收范围,增加了光程的长度,推进光生载流子的分离。当Cu@ZnO纳米结构作为光电电池的阳极材料,在0.85V时,Cu@ZnO纳米线实现了0.25%和0.22%的比未经修饰的ZnO纳米线更高的效率。当相同的溅射时间下以高功率溅射Cu纳米粒子进行调控时,纳米粒子降低了ZnO纳米线表面的辐照面积,导致光电流降低。其电化学阻抗图也揭示适量Cu可以显著提高界面处的电荷转移,也进一步验证了所提出的光响应机理。最后,总的来说PEC性能的提高是由于等离子体共振效应加强了光的捕获,Cu纳米粒子作为电子载体,加强电荷的传输,阻碍了电子和空穴的复合。并探讨Cu@ZnO纳米结构光阳极的光电化学性能及其光电化学性能提高或降低的机理分析。通过分析,丰富了纳米材料在光电化学领域的利用,加深ZnO纳米复合材料在能量转换器件方面的科学研究。