HBeta分子筛中ZnO簇时间分辨荧光光谱研究.pdfVIP

HBeta分子筛中Zn0簇的时间分辨荧光光谱研究 石建英 陈均 冯兆池 陈涛 李 灿’ (中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，辽宁大连 116023) Zn。是一种很常用的半导体材料。近年来发现它在高效低压发光材料、紫外激光材料和太阳 能电池中具有潜在的应用;另一方面，ZnO作为半导体光催化剂也显示了很好的光催化性能”，’。 Zn0的这些性能都与其光物理及光化学性质有着紧密的联系，光生载流子复合的快慢决定了这些 性能的优劣。因此，对于ZnO的研究受到了广泛的关注，许多研究致力于抑制或减缓电子一空穴的 复合，荧光光谱作为一种电子光谱，具有高的灵敏度且对研究对象周围环境的微扰很敏感，稳态 及时间分辨光谱的结合可以揭示体系的发光本质及载流子动力学，被广泛应用于半导体材料的研 究。本文利用HBeta分子筛的三维孔道体系制备出亚纳米级Zn0簇，用时间分辨荧光光谱技术研究 了不同担载量ZnO/Hp样品中光生载流子的动力学过程;在室温下观察到的微秒量级的荧光衰减寿 命，可能与多声子跃迁有关，分子筛主体声子可能参与了无辐射跃迁过程。 实验部分 本实验用催化剂采用等体积浸渍法制备。配制一定浓度的Zn(NO:;):水溶液;测量单位重量 HBeta粉末的最大吸附容量，根据此值移取相应体积的Zn(NO,:):溶液滴入11Beta粉末上，搅拌 均匀，静置1小时;接着水浴烘干，期间激烈搅拌;然后放入烘箱保持1200C过夜;之后经过 高温焙烧一定时间就得到Zn0/HBeta样品。不同担载量的样品通过调配Zn(NO,:):溶液的浓度来 获得。采用自行设计搭建的应用于原位多相催化研究的激光诱导荧光光谱仪进行稳态及时间分 辨的光谱采集。样品在室温下以粉末状态进行测量。本实验用催化剂为不同ZnO担载量的 ZnO/HBeta样品。 结果与讨论 图1给出244nm为激发波长，不同Zn0担载量的ZnO/HBeta样品荧光光谱图。当ZnO担 载量小于15wt%o，样品出现载体HBeta的发光谱带;担载量为15wt%时，除了520nm处载体 的发光带外，430nm处出现一肩峰;继续增加ZnO担载量，430nm发光带逐渐增强，载体发光带 逐渐减弱。基于以前的研究结果”，‘我们认为430nm的发光带来自于fiBeta分子筛中的亚纳米 级ZnO簇，且具有较高的量子产率。 时间分辨用光源为Q-Nd:YAG激光器，以四倍频266nm的脉冲光为激发源进行测量。实验结果 用二阶指数衰减函数来拟合，方程如下 Y二A,exp(-x/t,)+A,exp(-x/tL,) (1) 图2为不同担载量Zri0/HBeta样品在430nm处发光带的动力学衰减曲线，即ZnO亚纳米簇的衰减过 程。图中可以看出随着ZnO担载量增加，其发射寿命逐渐增长。拟合结果和拟合参数在表1列出。 我们用Raman光谱证实了ZnO簇与分子筛间存在着强的主客体相互作用51‘，本文所观察到微秒量 级的荧光衰减过程，可能与多声子跃迁有关，且分子筛主体声子可能参与了无辐射跃迁过程。在 CdSiY体系的研究中’’‘，作者也提出随着半导体簇尺寸的减小，激发态弛豫动力学主要由界面及 主体所控制。随着Zn0担载量升高，主体声子与激发态电子间的祸合作用减弱，因此我们观察到 第一作者:石建英，女，1978年生，博士研究生，现从事半导体光催化剂时间分辨荧光光谱的研究. 联系人:李 灿.Tel;(0411)4379070;E-mail: 长寿命组分所占比重增加。 表1:不同担载量ZnO簇荧光衰减动力学拟合参数 Table1:FittingparametersforluminescencedecaykineticsofZnOnanoclusters 担载量 组分1 组分2 相关系数 (wt%) t,(ns) WFI(%) t2(ns) WFZ(%) 15 19.1 98.6 903 1