几种半导体金属氧化物的发射光谱研究

几种半导体金属氧化物的发射光谱研究国内外学者对CeO₂、TiO₂、ZnO、SnO₂的发射光谱性质研究很多，也很深入，但是很少有人对这些半导体金属氧化物的发射光谱进行系统的对比研究。作者通过初步试验，发现它们的荧光光谱图有其一定的共性与个性。因此，本文拟深入研究这些半导体金属氧化物的发射光谱特征及其演变规律。本次研究分别采用热沉淀法、溶胶-聚沉法、直接沉淀法、固相化学反应-水热合成法制备出CeO₂粉体，将它们依次命名为TP-CeO₂、SA-CeO₂、DC-CeO₂、G-CeO₂；用固相化学反应-水热合成法合成出ZnO和SnO₂粉体，分别命名为YG-ZnO和G-SnO₂；用溶胶-水热法制备了TiO₂粉体，命名为S-TiO₂。通过X射线衍射线线宽法及高分辨透射电镜研究可以知道，本实验合成的这些半导体金属氧化物粉体经过400℃热处理后仍然是纳米晶体。测试上述半导体金属氧化物的发射光谱，可以将它们的发射谱大致分为三类：第一类是以TP-CeO₂为代表的发射谱，随着热处理温度升高，它们的330nm发射峰强明显增大，其它PL峰位基本不变，峰强逐渐增大，但强度增大程度不如330nm发射峰显著；第二类是以S-TiO₂为代表的发射谱，随着热处理温度的升高，可见区的诸PL峰位基本不变，但峰强逐渐增大，到600℃达到最大，然后逐渐减小；第三类是以G-SnO₂为代表的发射谱，随温度升高PL峰位基本不变，但全谱的各峰强同步增大，PL谱的紫外区段总是保持大的相对强度。本研究用UV-Vis吸收谱确定出系列温度热处理后的DC-CeO₂粉体的直接带隙（Egdir）及间接带隙（Egindir）值，将它们应用到相关粉体的发射谱上，确定出不同两种带隙能量相对应的发射峰的面积比值Sindir/Sdir，同时确定发射谱的紫外区及可见区的面积比值SVi/SUV。对比系列DC-CeO₂粉体的Sindir/Sdir比值，发现随煅烧温度升高，DC-CeO₂纳米晶的直接跃迁对发射光谱的紫外-近紫外区的强度的贡献相对增大，而间接跃迁的贡献相对减小。对不同温度煅烧的DC-CeO₂的Sindir/Sdir比值和SVi/SUV比值进行线性回归分析，发现它们之间呈现很显著的正相关关系，表明发射谱的SVi/SUV比值的减小也能够反映直接跃迁的贡献相对增大的特性。对这几种半导体金属氧化物发射谱的Sindir/Sdir比值及SVi/SUV比值进行了计算和分析，发现这几种半导体金属氧化物的SVi/SUV比值同它们的Sindir/Sdir比值呈现很显著的正相关关系。本研究测定了Al3+/CeO₂粉体CS1-350及对比CeO₂样品SA-CeO₂-400的发射谱，经过对其发射谱的高斯拟合及数据处理表明，CS1-350的SVi/SUV的比值明显小于SA-CeO₂-400的SVi/SUV的比值，这与发射谱反映的CS1-350的紫外-近紫外区的强度显著增大的事实相符。联系Al³⁺/CeO₂粉