图1-5  二氧化钛光电效应示意图

图1-6  二氧化钛光催化原理示意图

1。4 水热法

水热法是指在高温高压下，用水溶液合成纳米材料的方法，包括水热结晶法、水热氧化法和水热沉淀法。按反应的温度分类，可分为超临界反应和亚临界反应，前者实验温度高达1000℃，压强高达0。3Gpa，适用于反应物质在高温高压水热条件下和反应介质的水在超临界状态下的特殊合成反应；后者反应温度在100～240℃，仅适于实验室或工业。通过水热法可以制得符合氧化物在水中的悬浮液或者金属氧化物，合成的纳米尺寸一般在10~100nm范围内。此外，还可以通过改变高压釜的温度及压力，使得氢氧化物发生相变，而获得氧化物纳米材料。

1。5 课题选题背景及研究内容

1。5。1选题背景

面对全球环境污染和能源危机问题的日益剧增，一种清洁、可再生能源的开发非常迫切。半导体光催化材料直接利用太阳能，可以减少CO2的排放，污水处理，节约能源等。早在1979年，Inoue 等人就发现TiO2半导体在光照下能将CO2还原为甲烷、甲醇、甲酸和甲醛。同时，他们还指出TiO2光催化还原CO2为CH4、CH3OH、HCOOH和HCHO的过程分别需要8e‒、6e‒、2e‒和4e‒，对应的还原电势分别为-0。24 V 、-0。38 V 、-0。61 V和-0。48 V。因此，可以得出：用于光催化还原CO2的半导体光催化剂必须要有比CO2还原电势更低的导带能级，才可以将CO2还原为碳氢化合物。在过去的几十年里，为了开发出高效的光催化体系，研究人员尝试了用不同的半导体来催化还原CO2，如TiO2、ZnS、InTaO4、Bi2WO6和ZnGa2O4 等。但单一光催化剂的电子-空穴对复合率高，使得光催化剂的催化效率偏低，而且有些催化剂由于其禁带宽度较宽，只能在紫外光下显示出催化活性，大大限制了其应用。为了解决这些问题，研究人员探索了一系列提高催化效率的方法，包括贵半导体复合、金属沉积和离子掺杂等。在这几种方法中，半导体复合受到更高的关注，这是因为两种半导体间形成的异质结有利于电子和空穴的分离，从而提高光催化效率。

1。5。2研究内容

本文阐述了氧化锌/二氧化钛复合薄膜的水热法制备及光电性能研究。研究制备氧化锌/二氧化钛复合薄膜是想通过两种半导体复合形成的异质结，达到提高光催化活性的目的。本文使用水热法在ITO导电玻璃衬底上淀积ZnO薄膜，并探究不同比例ZnO薄膜的生长情况，然后在氧化锌薄膜上淀积一层二氧化钛。利用X射线衍射仪和扫描电镜对纯氧化锌薄膜及淀积二氧化钛后的复合薄膜的结构和形貌进行表征；利用光化学反应箱模拟纯氧化锌和淀积二氧化钛后的复合薄膜的光催化降解有机物亚甲基蓝（MB），然后通过UV2600紫外光分光光度计可以检测光催化降解有机物的有效降解情况，对比纯氧化锌和氧化锌/二氧化碳复合薄膜两者的催化效果哪个更好；根据CS电化学工作站的工作原理检测膜的Mott-Schottky曲线，得知其光电性能，主要是通过在不同直流电位下分别叠加一固定幅值和固定频率的交流扰动信号，测得不同直流电位下的阻抗值，然后绘出Mott-Schottky图谱，根据斜率变化，可以知道其禁带宽度，也就会知道为什么可以用光催化降解亚甲基蓝；利用气相色谱仪检测纯氧化锌和氧化锌/二氧化钛复合薄膜光催化还原CO2效果，对比氧化锌/二氧化钛复合薄膜光催化还原CO2效果较纯氧化锌薄膜光催化还原CO2效果有没有提高。

2 实验部分

2。1 实验试剂及主要仪器

2。1。1 实验试剂

实验中使用的所有试剂均为分析纯（由国药化学试剂有限公司购买），完成本论文中的实验需用到的化学试剂见附表2-1。