Nb2O5基复合材料的设计与实验研究：探索电化学性能提升的双重机制

本研究通过原子层沉积（ALD）技术在微结构γ-Fe2O3薄膜上构建超薄ZnO涂层，揭示了表面羟基（–OH）浓度对ALD生长速率的调控作用。结合SEM/TEM/AFM/XPS等多维表征，发现ZnO/γ-Fe2O3异质结构在UV照射下对亚甲基蓝的降解效率提升3倍，其机制源于微结构形态（增大比表面积）与I型异质结（促进光生载流子分离）的协同效应，为环境污染物治理提供了新型光催化剂设计范式。

　　

Highlight

本研究创新性地将原子层沉积（ALD）生长的超薄ZnO涂层与微结构γ-Fe₂O₃薄膜结合，通过调控SiO₂壳层厚度和基底形貌，实现了光催化性能的突破性提升。

材料与方法

采用试剂级铁盐（Fe³⁺/Fe²⁺）和柠檬酸制备γ-Fe₂O₃核壳结构，通过TEOS水解控制SiO₂壳层厚度（10-50 nm）。ALD沉积ZnO时发现，表面–OH基团浓度直接影响薄膜结晶取向，180°C以上沉积可减少V_Zn–H缺陷。

结果与讨论

◆ 形貌效应：中间含SiO₂层的样品因粗糙度增加（AFM显示Ra>50 nm），催化表面积扩大3倍；

◆ 能带效应：无SiO₂间隔层的样品形成ZnO/γ-Fe₂O₃ I型异质结（XPS证实界面Fe-O-Zn键），使光生电子-空穴对寿命延长10倍；

◆ 协同机制：UV照射下，最佳样品对20 ppm亚甲基蓝的降解速率常数k达0.42 min^?1，远超平面基底样品（0.14 min^?1）。

结论

该工作首次阐明表面微结构工程（morphological engineering）与能带对齐（band alignment）在ALD基光催化剂中的独立贡献，为设计可回收高效催化系统提供新思路。