关键词：
氧化锌纳米棒
核壳Ag@SnO2纳米粒子
紫外光电探测器
局域表面等离子体共振
摘要：
紫外光探测器可被用于光波通讯,火灾报警器等多种领域,随着环境问题越来越受关注也可被用于臭氧污染监测。光阳极是紫外光放电的重要组成部分之一。因为氧化锌纳米棒具有生产成本低,导电性好,带隙宽等优点,所以是一种优秀的的光电阳极材料。在这里,我们试图通过加入Ag@SnO核壳纳米粒子来增强光电阳极的光诱导电流。光电阳极光诱导电流的增强是由于银纳米粒子固有的局部表面等离子体共振能量转移和氧孔空位的增加。利用光电阳极氧化锌纳米棒制作并测试了不同的紫外光探测器。用铂作为对电极,I/I电偶作为电解质。为了生长氧化锌纳米棒,首先用磁控溅射法在FTO基体上覆盖一层氧化锌种子层,然后用水热法从种子基中生长出纳米棒。在溅射和水热生长过程中种子层被退火二十分钟。通过测试150°C,250°C,350°C和450°C的退火温度,发现了350°C的退火温度提高了纳米棒的结晶度、均匀性和粘附性。X射线衍射和扫描电镜结果表明,氧化锌纳米棒是纤锌矿结构。350°C退火温度下的X射线衍射峰更高,证明纳米棒具有更好的结晶度和均匀性。与未经退火的氧化锌纳米棒相比,由于这些变化,光电流提高了16%。尝试在水热过程中使用两种不同的二价氧化锌离子源,一种使用柠檬酸锌,另一种使用乙酸锌,六亚甲基四胺(HMT)用作还原剂。柠檬酸锌过程中,主要的X射线衍射峰为(100),(101)和(002),这意味着纳米棒呈倾斜状态。另一方面,对于醋酸锌工艺而言,(002)对应的峰最高,纳米棒的垂直方向更好。扫描电子显微镜证实了这些结果。对于乙酸锌工艺,纳米棒的平均直径约为170 nm,长度为25μm。所以最好的结果是醋酸锌,它允许纳米棒更好的纵向生长。纳米棒的质量并不影响电位,但是诱导电流会受到影响,对最好的紫外光探测器而言在3.92 mW的光功率下短路电流为0.529 mA,所以转换效率为6.6%。快速开关灯,电流曲线的形状在照明后出现了快速急剧的下降。纳米棒中结构缺陷产生的空穴陷阱的缓慢恢复速率导致了这种下降。为了提高光电阳极的光诱导电流,我们将不同用量的核壳Ag@SnO纳米颗粒掺入不同的壳厚。主要思想是Ag纳米颗粒可以通过等离子体近场增强,等离子体带电转移和弯曲氧化锌半导体的导带来改善氧化锌纳米棒的光电流。然而,当施加电流时,银纳米粒子在I/I介质中并不稳定。因此,为了克服这个问题,银纳米颗粒被二氧化锡介孔壳包裹。本文对银纳米颗粒对氧化锌纳米棒的影响进行了研究,并对等离子体现象作了很好的解释。分析了二氧化锡壳层对等离子体特性的影响,并着重研究了它们对银纳米粒子增强的抑制作用。采用两步法合成了Ag@SnO纳米颗粒。第一步是化学还原,在去离子水溶液中制备平均直径为10纳米的银纳米粒子。第二种步是在Ph值为4.5时用锡酸钠将银纳米颗粒包裹在二氧化锡壳上简单的进行沉淀。通过加入不同量的锡酸钠可以控制纳米银粒子上包覆的壳厚。为保证涂层的完整性和不透水性,进行了不同的测试,包括X射线衍射、扫描电子显微镜、吸收光谱和动态光散射。在吸收光谱中,当加入更多的锡酸钠时,观察到表面等离子体共振波长的红移。周围介质的作用解释了银纳米粒子被二氧化锡包覆后的红移,因为它改变了核心粒子周围的介电常数。可以利用Mie理论来分析这些光谱,并以此来理解这些局部表面等离子体共振。周围介质的作用解释了银纳米粒子被二氧化锡包覆后的红移。从这个理论可以计算出局域表面等离子体共振的穿透深度,这种局域表面等离子体共振从纳米颗粒表面和平均壳厚中呈指数衰减。根据计算,加入体积为2 ml,3 ml和4 ml的锡酸钠的厚度分别为2 nm,4 nm和6 nm。为保证涂层质量,还进行了X射线衍射试验和动态光散射试验。在X射线衍射(XRD)中未发现银/锡或银/锡化合物峰,因此银芯和二氧化锡壳层在涂层后保持了它们的结构组织。银纳米粒子以面心立方结构结晶,而二氧化锡壳层呈三角锡石形态。动态光散射表明壳在核心周围分布均匀,由于涂层后导电率急剧下降,因此在壳体内似乎没有孔,从而确保了Ag纳米粒子进入I/I电解质介质的稳定性。利用动态光散射结果,验证了MIE理论对吸收光谱的计算结果。Ag纳米粒子的平均尺寸为11 nm,加入2.0ml锡酸钠时为13 nm,加入4.0 ml时为17 nm,因此2.0 ml锡酸钠的壳厚应为2 nm,4.0 ml的壳厚应为6 nm,这证实了吸光度试验的计算结果。对于4.0毫升锡酸钠,3nm的差异可以用计算中忽略影响不大的因素的假设来解释,假设壳体积分数与1相比非常小。为了保证核壳纳米粒子的稳定性,我们重复进行了3个月的吸收光谱测量。与单核粒子相反,涂层纳米粒子的吸收光谱在整个过程中保持不变。Ag@SnO的核壳掺入由通过将氧化锌纳米棒光阳极浸入不同的Ag@SnO水溶液中两小时来完成。使用了三种不同的溶液,其中两种溶液都是由厚度为2 n
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