Новости

Jun 19, 2023

Наноструктуры оксида цинка усиливают фотолюминесценцию углерода

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 9704 (2023) Ссылаться на эту статью 456 Доступы Метрики Подробности Гетероструктуры ZnO/сажа были синтезированы золь-гель методом и кристаллизованы методом

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9704 (2023) Цитировать эту статью

456 Доступов

Подробности о метриках

Гетероструктуры ZnO/сажа были синтезированы золь-гель методом и кристаллизованы отжигом при 500 °С при давлении 2 × 10–2 Торр в течение 10 мин. Кристаллические структуры и моды колебаний связи были определены методами XRD, HRTEM и рамановской спектрометрии. Морфологию их поверхности наблюдали с помощью FESEM. Муаровый узор, наблюдаемый на изображениях HRTEM, подтверждает, что наночастицы сажи были покрыты кристаллами ZnO. Измерения оптического поглощения показали, что оптическая запрещенная зона гетероструктур ZnO/сажа увеличивается с 2,33 до 2,98 эВ при увеличении содержания наночастиц сажи от 0 до 8,33 × 10–3 моль за счет эффекта Бурштейна–Мосса. Интенсивность фотолюминесценции на ближнем крае полосы фиолетового и синего света увеличилась примерно в 68,3, 62,8 и 56,8 раза соответственно при содержании сажи 2,03 × 10–3 моль. Эта работа показывает, что правильное содержание наночастиц технического углерода увеличивает интенсивность люминесценции кристаллов ZnO в коротковолновом режиме, поддерживая их потенциальное применение в светоизлучающих устройствах.

Оксид цинка является перспективным материалом для использования в светоизлучающих устройствах1, фотокатализаторах2, газовых сенсорах3 и солнечных элементах4 благодаря своим полупроводниковым свойствам n-типа, широкой запрещенной зоне (3,3 эВ)5, высокой энергии связи экситонов (60 мэВ). 5, экологичность6, низкая стоимость и высокая физическая и химическая стабильность7. Могут быть использованы два метода легирования элементами Sb8, Ga9, Cu10, Gd11 и Li12, а также гетероструктурами, такими как RGO/ZnO2, Ag/ZnO6, ZnO/графен13, Si/ZnO14, In2O3–ZnO15 и MoS2@ZnO16. используется для изменения и улучшения излучения света ZnO. Наиболее распространенные способы синтеза наноструктур ZnO включают золь-гель6, термогидротермальный17, микроволновый гидротермальный18, термическое химическое осаждение из паровой фазы (CVD)8 и методы импульсной лазерной абляции (PLA)19. Как упоминалось выше, золь-гель и термический CVD подходы являются наиболее популярными, простыми и эффективными методами синтеза наноструктур ZnO. Углеродная сажа имеет кристаллическую структуру, аналогичную кристаллической структуре графита, но она трехмерная и менее упорядоченная. Слои углерода в саже параллельны друг другу, но имеют низкий порядок, часто в виде концентрических слоев с турбостратной структурой20. Углеродная сажа имеет высокую проводимость, большую удельную поверхность, стабильность21 и низкую стоимость, а также ее естественное распространение22. Следовательно, он потенциально может использоваться в углеродных наполнителях22, армирующих и поддерживающих материалах для металлических катализаторов21, литий-ионных аккумуляторов23, биоматериалов24, топливных элементов25, фотокатализаторов26, солнечных элементов27, электрокатализаторов восстановления кислорода28 и резиновых смесей29.

Гетероструктуры, включая гетероструктуры металл/полупроводник, полупроводник/металл и полупроводник/полупроводник, полезны для модификации фотолюминесцентных свойств полупроводников способом, определяемым реконфигурацией зонной структуры между соединяющими материалами в устойчивом состоянии. Ван и др. сообщили, что наноструктуры V2O5@Pt демонстрируют улучшенную интенсивность фотолюминесценции при λ = 466 нм30; Ван и др. сообщили, что наноструктуры RGO@ZnO демонстрируют повышенную интенсивность излучения на краю зоны2; Раджас-Лопес и др. обнаружили, что MoS2/hBN/SiO2 проявляют повышенную интенсивность фотолюминесценции при энергии излучения 1,85 эВ31; Чи и др. обнаружили, что NiFe/ZnO проявляет фотолюминесценцию с повышенной интенсивностью при λ = 414 нм32; и Кандхасами и др. обнаружили, что MoS2/графен проявляет усиленную фотолюминесценцию при λ = 690 нм и 430 нм33. Основываясь на вышеупомянутых свойствах технического углерода, возможностях использования ZnO и полезных свойствах гетероструктур, здесь были использованы золь-гель-метод и термический CVD-процесс для изготовления гетероструктур ZnO/сажа, а также эффекты Систематически исследовались влияние наночастиц технического углерода на кристаллическую структуру и фотолюминесцентные свойства ZnO. Названия образцов гетероструктур ZnO/сажа обозначаются как ZC0, ZC1, ZC2, ZC3 и ZC4, что соответствует добавлению содержания сажи 0, 2,08, 4,16, 6,25 и 8,33 × 10–3 моль. соответственно. CB25 и CB500 представляют собой наночастицы технического углерода до и после отжига при 500 °C соответственно.