In2O3敏化ZnO纳米棒阵列的性能及其光电催化活性

doi:10.3866/PKU.WHXB201303043

物理化学学报 >> 2013, Vol. 29 >> Issue (05): 1021-1027.doi: 10.3866/PKU.WHXB201303043

In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列的性能及其光电催化活性

闫伟平, 王德军, 陈礼平, 卢永春, 谢腾峰, 林艳红

吉林大学化学学院, 长春 130012

收稿日期:2012-12-20 修回日期:2013-03-01 发布日期:2013-04-24
通讯作者: 林艳红 E-mail:linyh@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21173103, 51172090); 吉林省科技发展计划项目(201115012)和吉林大学研究生创新项目(20121046)资助

Properties and Photoelectrocatalytic Activity of In₂O₃-Sensitized ZnO Nanorod Array

YAN Wei-Ping, WANG De-Jun, CHEN Li-Ping, LU Yong-Chun, XIE Teng-Feng, LIN Yan-Hong

College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, P. R. China

Received:2012-12-20 Revised:2013-03-01 Published:2013-04-24
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21173103, 51172090), Science and Technology Developing Funding of Jilin Province, China (201115012), and Graduate Innovation Fund of Jilin University, China (20121046).

摘要/Abstract

摘要：

以掺氟SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用水热法制备了ZnO纳米棒阵列. 通过In(NO₃)₃水溶液水洗的方法, 合成了In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列光催化剂. 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM), X射线能谱(EDX), X射线衍射(XRD)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品的形貌、结构、组成、晶相等进行一系列的表征. 以罗丹明B (RhB)为目标降解物, 探究了In₂O₃敏化ZnO 纳米棒阵列光电催化活性. 采用场诱导表面光伏技术(FISPV)研究了不同含量的In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列在光照射下的光生电荷行为. 结合电化学工作站检测不同样品的光电流, 随着In₂O₃敏化量的改变, 光电流和开路电压也随之改变. 并探讨了In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列光生电荷行为与光电催化活性之间的关系. 结果表明, 适量In₂O₃敏化的ZnO光催化剂在可见光下2 h内对罗丹明B的降解效率达到95%, 是单纯ZnO纳米棒阵列的2.4倍.

关键词: In₂O₃敏化ZnO, 纳米棒阵列, 光电流密度-电位, 光电流, 挡光-照光, 表面光电压, 可见光光电催化活性

Abstract:

In₂O₃-sensitized ZnO nanorod array films were prepared in a two-step aqueous process on fluorine-doped tin oxide (FTO) substrates. Field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), field-induced surface photovoltage (FISPV), and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis DRS) were used to characterize films. The influence of In₂O₃ content on the transfer characteristics of photoinduced charge carriers is discussed based on photovoltage response. The photoelectrocatalytic degradation efficiency of In₂O₃-sensitized ZnO nanorod array films was monitored using UV-Vis spectrometer. The photoelectrocatalytic activity of ZnO nanorod array and In₂O₃-sensitized ZnO nanorod array were evaluated from the degradation efficiency of rhodamine B (RhB). The effect of the In₂O₃-sensitized ZnO heterostructure on photoinduced electrons was investigated using the electrochemical workstation and the relationship between the photoinduced electron behavior and the photoelectrocatalytic process. Aqueous RhB was more efficiently degraded by the In₂O₃-sensitized ZnO nanorod array (visible light, applied bias voltage, 2 h), and the efficiency of the In₂O₃-sensitized array (95%) was 1.4 times higher than that of pure ZnO.

Key words: In₂O₃-sensitized ZnO, Nanorod array, Photocurrent density-potential, Photocurrent, On-off illumination, Surface photovoltage, Visible-light photoelectrocatalytic activity

闫伟平, 王德军, 陈礼平, 卢永春, 谢腾峰, 林艳红. In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列的性能及其光电催化活性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(05), 1021-1027. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303043

YAN Wei-Ping, WANG De-Jun, CHEN Li-Ping, LU Yong-Chun, XIE Teng-Feng, LIN Yan-Hong. Properties and Photoelectrocatalytic Activity of In₂O₃-Sensitized ZnO Nanorod Array[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29(05), 1021-1027. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303043

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201303043

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2013/V29/I05/1021

参考文献

(1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0
(2) Bernhard, K.; Allen, J. B. J. Am. Chem. Soc. 1978, 19, 100.
(3) Wang, Y.; Li, X.; Lu, G.; Quan, X.; Chen, G. J. Phys. Chem. C2008, 112, 7332.
(4) He, D. Q.; Li, H. Y.; Zhang, X.R.; Zhai, J. L.; Chen, L. P.; Jiang,T. F.; Xie, T. F. CrystEngComm 2011, 13, 4053. doi: 10.1039/c0ce00918k
(5) Beermann, N.; Vayssieres, L.; Lindquist, S. E.; Hagfeldt, A. J.Electrochem. Soc. 2000, 147, 2456. doi: 10.1149/1.1393553
(6) Fan, H. M.;Wang, D. J.; Peng, L. L.; Li, H. Y.;Wang, P.; Jiang,T. F.; Xie, T. F. Applied Surface Science 2011, 257, 7758. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.04.025
(7) Han, L. N. The Studying of Photoelectric Gas Sensing Based onNanoflower-Like ZnO. Ph.D. Dissertation, Jilin University,Changchun, 2012. [韩丽娜. 花状纳米氧化锌光电气敏性质的研究[D]. 长春: 吉林大学, 2012.]
(8) Sathishkumara, P.; Sweenaa, R.;Wu, J. J.; Anandan, S.Chemical Engineering Journal 2011, 171, 136. doi: 10.1016/j.cej.2011.03.074
(9) Belhadi, A.; Boumaza, S.; Trari, M. Applied Energy 2011, 88,4490. doi: 10.1016/j.apenergy.2011.05.044
(10) Kato, K.; Omoto, H.; Tomioka, T.; Takamatsu, A. Solar EnergyMaterials and Solar Cells 2011, 95 (8), 2352. doi: 10.1016/j.solmat.2011.04.005
(11) Wagner, T.; Sauerwald, T.; Kohl, C. D.;Waitz, T.;Weidmann, C.;Tiemann, M. Thin Solid Films 2009, 517 (22), 6170. doi: 10.1016/j.tsf.2009.04.013
(12) Tian, C. G.; Zhang. Q.;Wu, A. P.; Jiang, M. J.; Liang, Z. L.;Jiang, B. J.; Fu, H. G. Chem. Commun. 2012, 48, 2858. doi: 10.1039/c2cc16434e
(13) Quarto, F.; Sunseri, C.; Piazza, S.; Romano, M. J. Phys. Chem.B 1997, 101, 2519.
(14) Hamburg, I.; Granqvist, C. G. J. Appl. Phys. 1986, 60, 123. doi: 10.1063/1.337534
(15) Li, X.;Wanlass, M.W.; Gessert, T. A.; Emery, K. A.; Coutts, T.J. Appl. Phys. Lett. 1989, 54, 2674. doi: 10.1063/1.101363
(16) Shchukin, D.; Poznyak, S.; Kulak, A.; Pichat, P. J. Photochem.Photobiol. A 2004, 162, 423. doi: 10.1016/S1010-6030(03)00386-1
(17) Wang, D. F.; Zou, Z. G.; Ye, J. H. Chem. Mater. 2005, 17, 3255.doi: 10.1021/cm0477117
(18) Ding, Z. X.; Hou, Y. D.; Li, D. Z.;Wang, X. X.; Fu, X. Z.; Liu,P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19 (10), 978. [丁正新, 侯乙东, 李旦振, 王绪绪, 付贤智, 刘平. 物理化学学报, 2003, 19 (10), 978.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20031020
(19) Zhang, X. R.; Lin, Y. H.; Zhang, J. F.; He, D. Q.;Wang, D. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (10), 2733. [张晓茹, 林艳红,张建夫, 何冬青, 王德军. 物理化学学报, 2010, 26 (10), 2733.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20101007
(20) Leschkies, K. S.; Divakar, R.; Basu, J.; Enache-Pommer, E.;Boercker, J. E.; Carter, C. B.; Kortshagen, U. R.; Norris, D. J.;Aydil, E. S. Nano Lett. 2007, 7, 1793. doi: 10.1021/nl070430o
(21) Han, L. N.;Wang, D. J.; Cui, J. B.; Chen, L. P.; Jiang, T. F.; Lin,Y. H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 12915. doi: 10.1039/c2jm16105b
(22) Hou, Y.; Li, X. Y.; Zhao, Q. D.; Quan, X.; Chen, G. H. J. Mater.Chem. 2011, 21, 18067. doi: 10.1039/c1jm12788h
(23) Zhang, Z. H.; Yuan, Y.; Liang, L. H.; Cheng, Y. X.; Shi, G. Y.;Jin, L. T. J. Hazard. Mater. 2008, 158, 517. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.01.118
(24) Mor, G. K.; Varghese, O. K.;Wilke, R. H. T.; Sharma, S.;Shankar, K.; Latempa, T. J.; Choi, K. S.; Grimes, C. A. NanoLett. 2008, 8, 1906. doi: 10.1021/nl080572y
(25) Zhang, Y. N.; Zhao, G. H.; Lei, Y. Z.; Li, P. Q.; Li, M. F.; Jin, Y.N.; Lv, B. Y. ChemPhysChem 2010, 11, 3491. doi: 10.1002/cphc.v11.16

[1]	陈军军,史成武,张正国,肖冠南,邵章朋,李楠楠. 4.81%光电转换效率的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO₂纳米棒阵列太阳电池[J]. 物理化学学报, 2017, 33(10): 2029 -2034 .
[2]	范祥祥,何秀丽,李建平,高晓光,贾建,祁志美. 覆银聚酰亚胺纳米棒阵列的制备及其SERS特性[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 1036 -1042 .
[3]	李文有, 贺蕴秋, 李一鸣. 电化学法制备部分还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(3): 457 -466 .
[4]	姚利珍,孔德生,杜玖瑶,王泽,张经纬,王娜,李文娟,冯媛媛. 表面钒修饰对α-Fe₂O₃材料光电化学性能的增强作用[J]. 物理化学学报, 2015, 31(10): 1895 -1904 .
[5]	王时茂, 董伟伟, 方晓东, 邓赞红, 邵景珍, 胡林华, 朱俊. 单晶二氧化钛纳米棒阵列的修饰及其在量子点敏化太阳电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2014, 30(5): 873 -880 .
[6]	张宇, 林申, 张钰, 宋溪明. ZnO/BiVO₄-V₂O₅异质结构光生电荷性质及可见光下表面光电流行为[J]. 物理化学学报, 2013, 29(11): 2399 -2404 .
[7]	张鹏, 赵路松, 姚江宏, 曹亚安. 不同浓度Sn⁴⁺离子掺杂TiO₂的结构、性质和光催化活性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1305 -1312 .
[8]	孙宝, 郝彦忠, 郭奋, 李英品, 罗冲, 裴娟, 申世刚. P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能[J]. 物理化学学报, 2012, 28(12): 2861 -2866 .
[9]	金晶, 徐晓婷, 丛盛美, 李雷, 张广宁, 牛淑云. 系列Cu(Ⅱ/Ⅰ)配聚物的合成、结构及光电性能[J]. 物理化学学报, 2012, 28(11): 2549 -2557 .
[10]	李博. 利用铁电薄膜研究体异质结型有机光伏器件的光电流极性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(01): 217 -222 .
[11]	张晓艳, 孙明轩, 孙钰珺, 李靖, 宋鹏, 孙通, 崔晓莉. 石墨烯氧化物薄膜电极的光电化学特性[J]. 物理化学学报, 2011, 27(12): 2831 -2835 .
[12]	岳钊, 张维, 王程, 刘国华, 牛文成. CdS量子点与金电极之间的光生电子交换[J]. 物理化学学报, 2011, 27(12): 2814 -2820 .
[13]	张胜寒, 梁可心, 檀玉. 不同形态铈改性的TiO₂纳米管阵列的制备及其可见光光电响应性质[J]. 物理化学学报, 2011, 27(11): 2726 -2732 .
[14]	彭天右, 柯丁宁, 曾鹏, 张晓虎, 范科. BiVO₄膜电极的制备及其光电化学性能[J]. 物理化学学报, 2011, 27(09): 2160 -2166 .
[15]	张桥保, 冯增芳, 韩楠楠, 林玲玲, 周剑章, 林仲华. CdS 量子点敏化ZnO纳米棒阵列电极的制备和光电化学性能[J]. 物理化学学报, 2010, 26(11): 2927 -2934 .

In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列的性能及其光电催化活性

Properties and Photoelectrocatalytic Activity of In₂O₃-Sensitized ZnO Nanorod Array

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0