Фундаментальное материаловедение

Люминесцентные свойства и фотокаталитическая активность порошков ZnO,
синтезированных различными методами
Закоржевский В.В.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: slavian88@list.ru
Эффективное использование солнечной энергии для практических целей
является одной из важнейших проблем в условиях истощения запасов углеводородов и
вводимых ограничений на выбросы вредных газов. Для утилизации света пригодны
полупроводниковые материалы с шириной запрещённой зоны меньшей энергии
падающего излучения, но большей энергии осуществления желаемых
электрохимических реакций. Данным требованиям удовлетворяют TiO 2 , ZnO, SnO 2 , WO 3
и другие полупроводники. В то же время, существует целый ряд факторов, влияющих на
фотокаталитическую активность (ФКА) реальных материалов, важнейшими из этих
факторов являются величина удельной поверхности и дефектность полученных
материалов.
Цель настоящей работы заключалась в исследовании взаимосвязи
фотокаталитической активности и фотолюминесцентных свойств порошков ZnO,
полученных гидротермальным методом.
Были синтезированы четыре серии порошков ZnO. Гидротермальномикроволновой
обработкой суспензий Zn(OH)2 с различной химической предысторией
при температуре 125 С в течение 1 часа были получены порошки ZnO 1 и 2. Суспензии
гидроксида цинка получали осаждением из Zn(NO3)2 (0.5 М) и NaOH и NH4OH (0.43М),
для порошков 1 и 2, соответственно. Образцы 3 и 4 были получены медленным
гидролизом Zn(NO3)2 (0.1М) в присутствии мочевины (образец 3) и ГМТА (образец 4)
(1М). Навески всех полученных порошков подвергали отжигу при температурах 300,
500, 700, 900С в течение 1 часа, а также при 500 С в течение 1, 2, 4 и 24 часов. Для
характеризации порошков использовали методы РФА, РЭМ, люминесцентной и УФвидимой
спектроскопии. Фотокаталитическую активность синтезированных образцов
исследовали в модельной реакции фотодеградации азокрасителя метилового оранжевого
в водных суспензиях ZnO.
Согласно полученным нами ранее данным, отжиг при относительно низких (до
700 С) температурах не приводит к существенному изменению микроморфологии
порошков ZnO. Следовательно, изменение фотокаталитической активности порошков
ZnO в ходе низкотемпературных отжигов обусловлено изменением их дефектности. В то
же время, фотолюминесценция порошков ZnO в видимой области спектра обусловлена
рекомбинацией свободных носителей заряда на дефектах и, соответственно, ее
интенсивность определяется дефектностью материала.
Сопоставление полученных нами экспериментальных данных о зависимости
интенсивности фотолюминесценции в видимой области спектра (вид-ФЛ) и
фотокаталитической активности ZnO от параметров отжига, позволило установить, что
кривые зависимости фотокаталитической активности порошков от параметров отжига
имеют различный вид, в зависимости от их химической предыстории. В то же время, для
всех серий экспериментов наблюдалось антибатное поведение кривых ФКА и вид-ФЛ.
Таким образом, фотолюминесцентная спектроскопия может быть использована для
оценки дефектности получаемых порошков ZnO и качественной оценки их
фотокаталитической активности.