[发明专利]Cu和Ce共掺杂提高ZnO微米粉体光催化性能的应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料领域，具体涉及Cu和Ce共掺杂提高ZnO微米粉体光催化性能的应用。

背景技术

信息产业正逐渐从微电子时代进入光电子时代和光子时代。其中光电子材料是光电产业的基础，在光电子材料中，宽禁带半导体在短波长发光器件、海底光通信、光催化、高密度存储等领域有着广泛的应用。宽带隙半导体材料如ZnSe和GaN近年一直活跃在最前沿。最近，另一种宽带隙半导体材料氧化锌(ZnO)也同样引起人们的关注。

ZnO作为一种新型的第三代半导体材料，是重要的II-VI族半导体氧化物，也是一种具有压电和光电特性的直接带隙宽禁带半导体材料，纳米ZnO具有丰富的纳米结构，这些纳米结构往往由于尺寸小，比表面积大，微观结构丰富，而具有量子尺寸效应，宏观隧道效应，体积效应，表面效应，表现出许多传统ZnO所不具备的特性，吸引了研究者的广泛关注，成为半导体材料领域的研究热点之一。ZnO在室温下的禁带宽度约为3.37eV，发射出的光子波长处于近紫外光波段，其激子束缚能高达60meV，远高于室温热激发所提供的离化能26meV，使得ZnO的激子能够在室温下稳定存在。因此，ZnO材料在室温下或更高温度下容易实现低的激发阈值和较高效率的激光发射。此外，ZnO具有原材料资源丰富，价格低廉，抗辐射能力强，绿色环保等优点，在蓝紫光发光二极管、太阳能电池、激光器、紫外光探测器等光电器件领域有着广泛的应用前景。

因此，我们急需探索一种增强ZnO光催化性能的简单工艺，而要满足新型设备和产业所需的低成本、大规模、高要求的生产技术仍是一项大的挑战。现有技术中的研究表明Ce掺杂ZnO的光致发光发生红移，Er掺杂ZnO薄膜的光致发光发生蓝移。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明通过研究发现将Cu和Ce按照不同比例混合(Zn_0.97-XCu_0.03Ce_XO，X＝0.00，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10)，掺杂到氧化锌微米粉体中后，对ZnO的形貌有一定的影响，掺杂后样品颗粒尺寸的均匀化和分散性能的提高将有利于催化剂的悬浮分散，同时也可促进催化剂对光的吸收和反应物分子的吸附，使样品的光催化性能更好。

本发明的目的是这样实现的：

Cu和Ce共掺杂提高ZnO微米粉体光催化性能的应用。

具体的，将Cu和Ce掺入ZnO微米粉体中增强ZnO微米粉体光催化性能，Cu占ZnO微米粉体的摩尔百分数为3％,Ce占ZnO微米粉体摩尔百分数为0～10％。

将Cu和Ce掺入ZnO微米粉体中增强ZnO微米粉体光催化性能，Cu占ZnO微米粉体的摩尔百分数为3％,Ce占ZnO微米粉体摩尔百分数为2～10％。

进一步的，将Cu和Ce掺入ZnO微米粉体中的方法包括：将铈溶液、锌溶液、铜溶液和柠檬酸溶液混合后形成溶胶；溶胶脱水后形成前躯体，前躯体通过烧结得到掺杂有Cu和Ce的ZnO微米粉体。

具体的，铈溶液、锌溶液和铜溶液按照Zn_0.97-XCu_0.03Ce_XO，X＝0.00、0.02、0.04、0.06、0.08或0.10的摩尔比例混合，柠檬酸在溶胶中的浓度为0.3mol/L。

具体的，所述的烧结温度为400℃，烧结时间为2h。

进一步的，所述的溶胶在80℃烘干13h形成干凝胶，干凝胶在130℃下保温9h脱水膨化得到前驱体；前驱体研磨成粉末后在400℃下烧结2h得到ZnO微米粉体。

本发明的优点和积极效果如下：

(1)本发明不同浓度铈掺杂的氧化锌材料的X射线衍射图谱(见图1-图2)以及六组特征峰的局部对比图表明，制备出的样品产物均为六方晶系纤锌矿结构的氧化锌，这些峰的峰型尖锐，且半峰宽较窄，表明样品具有很高的结晶度；