基于ZnO NW-rGO的室溫NO2光敏-氣敏特性研究.pdf

1、NO2是形成霧霾和酸雨的原因之一，對人類的健康會造成極大危害。因此，對NO2的檢測顯得尤為重要。ZnO納米墻(ZnO NW)是寬帶隙材料，具有優(yōu)異的光電性能和氣敏性能，然而高溫工作(200-400℃)限制了其應(yīng)用和發(fā)展。光激發(fā)ZnO納米墻表面時，在材料內(nèi)部將生成大量電子-空穴對，從而提高載流子濃度，并且加速材料表面對氣體的吸附和脫附。因此，光照可以有效提高其氣敏性能，但光生電子-空穴對會在純ZnO中發(fā)生嚴重復(fù)合。多孔石墨烯(porous

2、 rGO)的加入在一定程度上可有效抑制光生電子-空穴對的復(fù)合，進而提高其NO2光敏-氣敏特性。本文首先采用噴涂法結(jié)合熱還原法制備多孔rGO薄膜，然后在此薄膜基礎(chǔ)上利用浸漬提拉法制備ZnO NW薄膜，以構(gòu)筑ZnO NW/rGO異質(zhì)結(jié)，研究該異質(zhì)結(jié)在室溫下的NO2光敏-氣敏特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備的ZnO NW在提拉速率為6000μm/s、室溫條件下，對功率為100％的波長為365 nm的光敏性為5.009，響應(yīng)-恢復(fù)時

3、間為43 s-10 s。相對室溫無光照的NO2氣敏性能， ZnO NW在該功率和波長的光照條件下，對50ppm NO2的靈敏度從3.226提高到33.172，響應(yīng)-恢復(fù)時間為40 s-4 s。為了探究光照對ZnO NW氣敏特性影響的機理，對樣品進行表面光電流檢測(激發(fā)光波長為300-500 nm)，結(jié)果表明當激發(fā)光波長處于365 nm時，ZnO NW表面光電流值最大，為11×10-12 A。這意味著樣品在波長為365 nm的光激發(fā)下，有

4、高的光誘導(dǎo)電荷分離效率，受到光照時在ZnO內(nèi)部會有大量電子-空穴對生成。然后，光生電荷會在自建電場的影響下遷移到樣品表面，與氧負離子和被注入氣箱中的NO2分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而提高對NO2的氣敏性能。0.2mg/mL制備得到的多孔石墨烯在室溫條件下對50 ppm NO2的靈敏度為1.376，響應(yīng)-恢復(fù)時間為24 s-50s。rGO對NO2的氣敏性能隨著噴涂濃度的增加從1.376下降到1.068。經(jīng)過對樣品拉曼分析得到，隨著噴涂濃度(

5、0.2-0.8mg/mL)的增加，rGO厚度增加， ID/IG積分值增大，因為缺陷與ID/IG積分值成正相關(guān)，即說明樣品中缺陷和雜質(zhì)增多，導(dǎo)致氣敏性能下降。提拉速率為6000μm/s、噴涂濃度為0.2mg/mL制備的ZnO NW/rGO異質(zhì)結(jié)在室溫條件下，對功率為100%的波長為365 nm的光敏性為6.279，響應(yīng)-恢復(fù)時間為35s8s。與室溫無光照條件相比，異質(zhì)結(jié)在該功率和波長的光照條件下對50 ppm NO2的靈敏度從5.328提