[發明專利]銅離子增強ZnO納米材料可見光發射強度的應用

無效

• 申請號: 201510050531.6
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104650857A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 鄭佳紅;牛世峰;鄭若瑤
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: C09K11/58
• 分類號: C09K11/58;B01J23/80
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王彩花

技術領域

本發明屬于半導體材料領域，具體涉及銅離子增強ZnO納米材料可見光發射的應用。

背景技術

氧化鋅是直接帶隙寬禁帶半導體材料，室溫下具有大的激子束縛能60meV，氧化鋅納米晶體對于過渡族離子的摻雜是優異的受主材料。氧化鋅的應用主要集中在它的光學性能和光催化性能方面。與已經做了大量研究工作的氧化鈦相比較，關于氧化鋅的光催化性能方面的報道還很有限。對于光催化性能，純氧化鋅在催化作用方面主要是利用紫外光，但是，在太陽光中，紫外光和可見光的比例是1：9，因此，要實現應用氧化鋅作為催化劑材料還面臨著一個重要的挑戰，即在太陽光中能否更有效的利用可見光的吸收。

因此，急需探索一種增強氧化鋅可見光發射的簡單工藝，使得氧化鋅未來在光催化方面具有潛在的應用價值。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種增強氧化鋅可見光發射的可控生長工藝，主要是采用溶膠凝膠法，將不同濃度的銅摻雜進入氧化鋅納米材料，通過調節銅的摻雜濃度有效的增強氧化鋅可見發射強度，克服了現有技術的缺點和困難，這種簡單有效的能夠增強氧化鋅的可見光發射的方法，使得銅摻雜氧化鋅納米材料有望在光催化學方面具有潛在的應用價值。

為達到上述目的，本發明采取以下的技術方案：

Cu²⁺增強ZnO納米材料可見光發射強度的應用。

具體的，所述的ZnO納米材料的粒徑為30～35nm。

更具體的，將Cu²⁺摻入ZnO納米材料中增強ZnO納米材料可見光發射強度，Cu²⁺占ZnO納米材料的摩爾分數為3％～10％。

進一步的，將Cu²⁺摻入ZnO納米材料中的方法為：

將含銅化合物、含鋅化合物與檸檬酸通過溶膠凝膠法制備得到ZnO納米材料，含鋅化合物與檸檬酸的用量比為1：3。

還有，所述的銅化合物為硝酸銅，所述的鋅化合物為硝酸鋅。

本發明的優點和積極效果如下：

1、本發明選擇溶膠凝膠法制備不同濃度銅摻雜的氧化鋅納米粒子，銅離子被成功摻雜進入氧化鋅的晶格，通過改變銅在氧化鋅晶格中的摻雜濃度，結果表明銅摻雜進入氧化鋅晶格能夠有效的增強氧化鋅的可見光發射，淬滅紫外發射。

2、本發明過渡族金屬元素銅摻雜的氧化鋅納米材料的X射線衍射圖譜(見圖1)表明，制備出的樣品是纖鋅礦結構的氧化鋅，沒有其它雜相存在；銅摻雜濃度為5％的氧化鋅的透射電子顯微鏡圖(圖2)表明，銅摻雜氧化鋅納米材料的形貌為納米粒子狀；X射線光電子能譜(圖3)和XRD結果(圖1)表明，銅被成功摻雜進氧化鋅納米粒子的晶格中。深能級發射與紫外發射強度的比(I_DLE/I_UV)和深能級發射與紫外發射積分面積的比(S_DLE/S_UV)隨著Cu摻雜濃度的變化函數(圖6)表明，結果表明銅摻雜進入氧化鋅晶格能夠有效的淬滅紫外發射和增強可見光發射。

3、本發明溶膠凝膠法具有操作簡單，成本低，反應容易進行，所需溫度低等特點，便于大規模生產，僅通過改變銅元素的摻雜濃度就可以實現增強氧化鋅的可見發射強度。這種簡單有效的能夠增強可見發射的方法，有望在光催化方面具有潛在的應用價值。

附圖說明

圖1是實施例一到四的氧化鋅納米粒子的X射線衍射圖譜；

圖2是實施例二的氧化鋅納米粒子的X射線光電子能譜；

圖3是實施例二的氧化鋅納米粒子的透射電子顯微鏡圖；

圖4是實施例一到四的ZnO納米粒子的光致發光譜圖；

圖5是實施例一到四的ZnO納米粒子的深能級發射與紫外發射強度的比和深能級發射與紫外發射積分面積的比；

圖6是模擬計算不同的Cu²⁺摻雜濃度的Zn_1-xCu_xO體系的光吸收圖譜；

以下結合說明書附圖和具體實施方式對本發明做具體說明。

具體實施方式