D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.02.034 第29卷第2期 北京科技大学学报 Vol.29 No.2 2007年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2007 Ga1-xZn:NO光催化剂粉体的制备及其表征 姜春华)郑玉红) 杨伟光)万发荣12) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京市新能源材料与技术重点实验室，北京100083 摘要在氮化镓中添加其他元素，有可能使其宽禁带变窄，从而提高其作为光催化剂的光利用效率.在1123K的氮化温度 下，用氧化镓(Ga2O3)和氧化锌(Zn0)粉末与流动的NH3反应900min制备出黄色的氨化镓与氧化锌的固溶体Ga1-xZn.NO. 探时了制备工艺对所得粉体的影响，通过X射线衍射(XRD):扫描电镜(SEM)以及紫外可见吸收光谱(UV一Vs)研究 G1-Zn,NO的晶体结构和光学性能.所得Ga-Zn,N0的粉末呈六角纤锌矿结构，紫外可见吸收光谱表明该物质的吸收峰 位于可见光范围内· 关键词微晶；Ga1-Zn,NO:光催化：晶体结构：光学性能 分类号0643 利用不同种类的光催化剂全谱分解水可以提供 250 mL'min的条件下，加热900min,获得黄色粉 清洁环保的氢能，因此光催化剂的研究受到人们的 末状固体Ga1-Zn:NO, 高度关注，光催化剂种类很多，但是大多数只能在 在上述高温固相反应的制备工艺中，直接将反 紫外光范围内起作用山.为了提高太阳能的利用效 应物置于反应容器中得到淡黄色的1粉末样品：而 率，研究和制备适合可见光范围的光催化剂具有重 将反应物置于一个小的石英管中再放置于反应容器 要的意义，GaN通常呈六角纤锌矿结构，也有亚稳 内反应得到略显深黄色的2粉末样品， 态立方闪锌矿结构，其中六角纤锌矿结构的GaN在 采用日本理学D/MAN一B型X射线衍射仪分 室温下具有3.39eV的宽带隙，广泛应用于高亮度 析粉末样品的晶型结构，本实验以C靶为辐射源， 蓝绿光二极管、蓝光激光器、紫外探测器等领 CuKa的入为0.154056nm: 域[2-]，GaN也是一种很有应用前景的光催化剂， 采用北京市普析通用仪器有限公司生产的 但由于只能吸收紫外光使广泛应用受到限制·有关 GU一1901型双光束紫外可见分光光度计，用漫反射 研究表明，氧化锌中的Zn、0原子取代氮化镓 模式测试该粉末样品的光吸收性能 (GaN)晶格中少量的Ga、N原子可以使氨化傢的吸 采用CAMBRIDGE S250-MK2型扫描电子显 收带边发生红移，从而在可见光范围内分解 微镜观察粉末样品的形貌，利用X射线能谱分析了 水801 粉末样品中Ga和Zn的相对含量， 本文采用高温气固相反应，制备含有氧化锌的 氨化镓粉体(Ga1-xZn:NO),研究制备工艺对该材 2结果与讨论 料性能的影响，并分别采用X射线衍射(XRD)、扫 采用CAMBRIDGE S250-MK2型扫描电子显 描电镜(SEM)、X射线能谱以及紫外可见漫反射光 微镜观察粉末样品的形貌，如图1所示，从图1可 谱(UV-Vis)对该物质的晶体结构、成分组成、表面 以看出，1#样品颗粒大小约为0.8m,2样品颗粒 形貌、光学性能进行分析和研究， 大小约为1m·1样品的颗粒不是很均匀，有轻微 1 的团聚现象，2#样品的颗粒相对较为均匀也较为分 实验方法 散.表1为用X射线能谱分析两个粉末样品的Ga 将Ga203(99.99%)和Zn0(99%)粉末以1：2 和Zn的成分的结果 的比例混合均匀，在1123K温度下、NH3流量为 由表中数据可以看出1样品的x=0.25,2# 样品的x=0.61.1#样品中Ga的含量相对较高是 收稿日期：2006-09-05修回日期：2006-11-05 由于1“样品能够与氨气充分接触，使氨化反应更加 作者简介：姜春华(1971一)，女，博士研究生；万发荣(1955一)，男： 充分，所以生成的Ga1-Zn:N0中x值小于2样 教授 品，x的值能够影响材料的光催化性能，所以制备Ga1－xZnxNO 光催化剂粉体的制备及其表征 姜春华1） 郑玉红1） 杨伟光1） 万发荣1‚2） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 北京市新能源材料与技术重点实验室‚北京100083 摘 要 在氮化镓中添加其他元素‚有可能使其宽禁带变窄‚从而提高其作为光催化剂的光利用效率．在1123K 的氮化温度 下‚用氧化镓（Ga2O3）和氧化锌（ZnO）粉末与流动的 NH3 反应900min 制备出黄色的氮化镓与氧化锌的固溶体 Ga1－ xZn xNO． 探讨了制备工艺对所得粉体的影响‚通过 X 射线衍射（XRD）‚扫描电镜（SEM）以及紫外可见吸收光谱（UV－Vis）研究 Ga1－ xZn xNO的晶体结构和光学性能．所得 Ga1－ xZn xNO 的粉末呈六角纤锌矿结构‚紫外可见吸收光谱表明该物质的吸收峰 位于可见光范围内． 关键词 微晶；Ga1－ xZn xNO；光催化；晶体结构；光学性能 分类号 O643 收稿日期：20060905 修回日期：20061105 作者简介：姜春华（1971－）‚女‚博士研究生；万发荣（1955－）‚男‚ 教授 利用不同种类的光催化剂全谱分解水可以提供 清洁环保的氢能‚因此光催化剂的研究受到人们的 高度关注．光催化剂种类很多‚但是大多数只能在 紫外光范围内起作用［1］．为了提高太阳能的利用效 率‚研究和制备适合可见光范围的光催化剂具有重 要的意义．GaN 通常呈六角纤锌矿结构‚也有亚稳 态立方闪锌矿结构‚其中六角纤锌矿结构的 GaN 在 室温下具有3∙39eV 的宽带隙‚广泛应用于高亮度 蓝－绿光二极管、蓝光激光器、紫外探测器等领 域［2－7］．GaN 也是一种很有应用前景的光催化剂‚ 但由于只能吸收紫外光使广泛应用受到限制．有关 研究表明‚氧化锌中的 Zn、O 原子取 代 氮 化 镓 （GaN）晶格中少量的 Ga、N 原子可以使氮化镓的吸 收带 边 发 生 红 移‚从 而 在 可 见 光 范 围 内 分 解 水［8－10］． 本文采用高温气固相反应‚制备含有氧化锌的 氮化镓粉体（Ga1－ xZnxNO）‚研究制备工艺对该材 料性能的影响‚并分别采用 X 射线衍射（XRD）、扫 描电镜（SEM）、X 射线能谱以及紫外可见漫反射光 谱（UV－Vis）对该物质的晶体结构、成分组成、表面 形貌、光学性能进行分析和研究． 1 实验方法 将 Ga2O3（99∙99％）和 ZnO（99％）粉末以1∶2 的比例混合均匀‚在1123K 温度下、NH3流量为 250mL·min －1的条件下‚加热900min‚获得黄色粉 末状固体 Ga1－ xZnxNO． 在上述高温固相反应的制备工艺中‚直接将反 应物置于反应容器中得到淡黄色的1＃粉末样品；而 将反应物置于一个小的石英管中再放置于反应容器 内反应得到略显深黄色的2＃粉末样品． 采用日本理学 D／MAN－rB 型 X 射线衍射仪分 析粉末样品的晶型结构‚本实验以 Cu 靶为辐射源‚ Cu Kα的λ为0∙154056nm． 采用北京市普析通用仪器有限公司生产的 GU－1901型双光束紫外可见分光光度计‚用漫反射 模式测试该粉末样品的光吸收性能． 采用 CAMBRIDGE S250－MK2型扫描电子显 微镜观察粉末样品的形貌‚利用 X 射线能谱分析了 粉末样品中 Ga 和 Zn 的相对含量． 2 结果与讨论 采用 CAMBRIDGE S250－MK2型扫描电子显 微镜观察粉末样品的形貌‚如图1所示．从图1可 以看出‚1＃样品颗粒大小约为0∙8μm‚2＃样品颗粒 大小约为1μm．1＃样品的颗粒不是很均匀‚有轻微 的团聚现象‚2＃样品的颗粒相对较为均匀也较为分 散．表1为用 X 射线能谱分析两个粉末样品的 Ga 和 Zn 的成分的结果． 由表中数据可以看出1＃样品的 x ＝0∙25‚2＃ 样品的 x＝0∙61．1＃样品中 Ga 的含量相对较高是 由于1＃样品能够与氨气充分接触‚使氮化反应更加 充分‚所以生成的 Ga1－ xZnxNO 中 x 值小于2＃ 样 品．x 的值能够影响材料的光催化性能‚所以制备 第29卷 第2期 2007年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．2 Feb．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．02．034