بارگذاری آرایه نانومیله‌های ZnO با فیلم نازک اکسید مس: یکسوسازی و فعالیت فوتوکاتالیستی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ولی عصر رفسنجان

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ولی عصر، رفسنجان، ایران

3 دانشجوی دوره‌ی دکترای فوتونیک، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه کردستان، سنندج، استان کردستان

چکیده

در کار حاضر، ساختار نامتجانس دو مؤلفه‌ای از آرایه نانومیله‌های اکسید روی (ZnO NRs) و ساختارهای اکسید مس (CuO) رشد داده می‌شود. نانومیله-های یک بعدی ZnO به کمک لایه جوانه‌زنی به‌وسیله‌ی روش شیمیایی‌تر در دمای پایین رشد داده می‌شوند. سپس فیلم نازک اکسید مس با اکسایش حرارتی فیلم نازک Cu نهشت‌شده با کندوپاش مگنترونی بر ZnO NRs به منظور افزایش و گسترش جذب اپتیکی در ناحیه مرئی تشکیل می‌شود. مشخصه‌های نوری، ساختاری، ریختی، الکتریکی و چگونگی فصل‌مشترک ساختار نامتجانس ZnO NRs/CuO TF به وسیله‌ی آنالیزهای طیف‌سنجی UV-Vis-near IR، پراش-سنجی پرتو X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی- گسیل میدانی/ طیف‌سنجی تفکیک انرژی پرتو X (FE-SEM / EDX) و اندازه‌گیری مشخصه جریان- ولتاژ مطالعه می‌شوند. با اکسایش حرارتی فیلم نازک Cu برZnO NRsدر بازه دمایی °C600-200 باعث تشکیل ساختار نامتجانس ZnO NRs/CuO TFمی‌شود.جذب پیوند ZnO NRs/CuO TF نسبت به ZnO NRs لخت در ناحیه مرئی افزایش می‌یابد فعالیت فوتوکاتالیستی ساختار‌های نامتجانس ZnO NRs/CuO از طریق کاهش رودامین‌بی (RhB) تحت تابش نور UV و مرئی بررسی شد..فعالیت فوتوکاتالسیتی و آهنگ تخریب RhB توسطZnO NRs/CuOTFنسبت به ZnO NRs لخت افزایش قابل توجهی می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


1. N. H. Alvi, Luminescence Properties of ZnO Nanostructures and Their Implementation as White Light Emitting Diodes (LEDs), Linköping University, Department of Science and Technology, (2011).
2. Q. Zhang, K. Zhang, D. Xu, G. Yang, H. Huang, F. Nie, C. Liu, S. Yang, CuO nanostructures: synthesis, characterization, growth mechanisms, fundamental properties, and applications, Prog. Mater. Sci, 60 (2014) 208–337.
3. B. B. Dhale, S. H. Mujawar, S. L. Bhattar, P. S. Patil, Chemical properties of n-ZnO/p-CuOheterojunctions for photovoltaic applications, Der ChemicaSinica, 5 (2014) 59-64.
4. A. Zainelabdin,·S. Zaman,·G. Amin,·O. Nur, M. Willander, Optical and current transport properties of CuO/ZnOnanocoral p–n heterostructure hydrothermally synthesized at low temperature, ApplPhys A, 108 (2012) 921-928.
5. J. K. Wu, W. J. Chen, Y. H. Chang, Y. F. Chen, D. R. Hang, C. T. Liang, J. Y. Lu, Fabrication and photoresponse of ZnO nanowires/CuO coaxial heterojunction, Nanoscale. Res. Lett, 8 (2013) 387-391.
6. X. Chen, P. Lin, X. Yan, Z. Bai, H. Yuan, Y. Shen, Y. Liu, G. Zhang, Z. Zhang, Y. Zhang, Three-Dimensional Ordered ZnO/Cu2O Nanoheterojunctions for Ecient MetalOxide Solar Cells, ACS. Appl. Mater. Interfaces, 7(2015)3216-3223.
7. S. Pal, S. Maiti, U. N. Maitib, K. K. Chattopadhyay, Low temperature solution processedZnO/CuOheterojunctionphotocatalyst for visible light induced photo-degradation of organic pollutant, CrystEngComm, 17 (2015) 1464-1476.
8. L. Jun-Qiang, M. Zeng-Xia, Y. Da-Qian, H. Yao-Nan, L. Yao-Ping, A. Yu. Kuznetsov, D. Xiao-Long, Temperature dependence of Cu2O orientations in oxidation of Cu (111)/ZnO (0001) by oxygen plasma, Chin. Phys. B, 21 (2012) 1-9.
9. S. Zaman, Synthesis of ZnO, CuO and their Comosite Nanostructures for Optoelectronics, sensing and Catalytic Applications, Linköping University, Department of Science and Technology, (2012).
10. A. Rahmati, M. Yousefi, Well Oriented ZnONanorods Array: Negative Resistance and Optical Switching,Z. Anorg. Allg. Chem, 643 (2017) 870-876.
11. A. Wadeasa,Heterojunctions between zinc oxide nanostructures and organic semiconductor, Linköping Studies in Science and Technology, (2011).
12. K. T. Liao, P. Shimpi, P. X, Gao, Thermal Oxidation of Cu Nanofilm on three-dimensional ZnONanorod arrays, J. Mater. Chem, 21 (2011)9564-9569.
13. S. B. Wang, Ch. H. Hsiao, Sh. J. Chang, Se, Z. Y. Jiao, Sh. J. Young, Sh. Ch. Hung, B. R. Huang,ZnO Branched Nanowires and the p-CuO/n-ZnOHeterojunctionNanostructured Photodetector, IEEE. Trans. Nanotechnol, 12(2013)263-269.
14. R. Ghosh, D. Basak, S. Fujihara, Effect of Substrate-induced Strain on the Structural, Electrical, and Optical Properties of Polycrystalline ZnO Thin Films,J. Appl. Phys., 96 (2004)2689-2692.
15. J. C. Slater, Atomic Shielding Constanst, Phys.Rew, 36, (1930) 57- 60.
16. A. Rahmati, S. Zakeri-Afshsr, Heteroepitaxial ZnO/CuO thin film and nanorods array: photoconductivity and field emission effect, J. Mater. Sci: Mater. Electron, 28 (2017)13032-13040.
17. R. A. Abram, G. J. Rees, B. L. H. Wilson, Heavily Doped Semiconductors and Devices, Adv. Phys.,27 (1978)799-892.
18. A. Rahmati, Reactive magnetron sputter deposition of (Ti, Cu) N nano-crystalline thin films: modeling of particle and energy flux towards the substrate, Phys. Scr., 86 (2012)1-10.
19. M. Ohring, The Materials Science of Thin Films, 2nd Edn, Academic Press., New York, (2002).
20. A. Rahmati, F. Rahimi-Bayaz, A. Lotfiani, M. Kohestani, Hetero CuxO/ZnO Micro-/Nanostructure: CarbothermalReduction-Vapour Phase Transport, Lith. J. Phys, 57(2017)195-205.
21. M. Deo, D. Shinde, A. Yengantiwar,  J. Jog, B. Hannoyer, X. Sauvage, M. More  and S. Ogale, Cu2O/ZnO hetero-nanobrush: hierarchical assembly, field emission and photocatalytic properties, J. Mater. Chem., 22 (2012) 17055- 17062.
22. M. S. Sze, M. K. Lee, Semiconductor devices: physics and technology, 3rd edition, 2012.