氧化鋅奈米柱與奈米管之製備及其應用研究

Abstract

隨著工業發展，人們對石油之需求與日俱增，但石油終將耗竭，並造成嚴重汙染，故近年世界各地均大力提倡綠色環保，紛紛投入綠色能源之開發，其中以水裂解(water splitting)產氫為目前最熱門之議題，因此須開發新穎之水裂解工作電極，以提高其光電轉換效率，而本研究利用水熱法(hydrothermal method)於矽晶圓與摻氟之二氧化錫基板上成長高均向性之一維氧化鋅(zinc oxide)奈米柱與奈米管做為工作電極，並將其應用於水裂解技術。 本研究以硝酸鋅(zinc nitrate)與四氮六甲環(hexamethylenetetramine)混和溶液，固定其反應溫度，並調控不同之晶種溶劑、溶液濃度、反應時間、基材等反應條件，成功將氧化鋅奈米柱蝕刻為氧化鋅奈米管，並探討其成長機制。以場發射掃描式電子顯微鏡(field emission scanning electron microscopy；FESEM)與X光繞射儀(X-ray diffraction；XRD)分別鑑定氧化鋅之表面形貌與晶體結構，於不同溶液濃度與成長時間下所製備出之氧化鋅奈米柱陣列具不同之長寬比(aspect ratio)與成長密度。於水裂解法方面，將已完成成長氧化鋅奈米柱與奈米管之基板與硒化鎘量子點結合，利用硒化鎘量子點吸收可見光之特性，成功將可見光轉換為電子電洞對，利用氧化鋅作為工作電極，將電子電洞對分離，使其不易再結合。於循環伏安量測方面，當偏壓於0時，以氧化鋅奈米管為工作電極，其可測得之光電流為1.45 mA/cm2，而以奈米柱之光電流為1.12 mA/cm2，本研究成功利用具較大之比表面積之奈米管組裝水裂解元件，以提高光電流。