原子层沉积法制备超薄ZnO/γ-Fe2O3微结构异质结薄膜及其光催化性能增强机制

这篇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，系统揭示了表面羟基浓度对ALD生长动力学的调控作用，并证明该异质结体系通过I型能带对齐（Type I heterojunction）和微结构增大的比表面积，使亚甲基蓝降解效率提升3倍，为设计高效环境修复光催化剂提供了新思路。

　　

Highlight

本研究创新性地采用原子层沉积（ALD）技术在微结构γ-Fe₂O₃基底上生长超薄ZnO涂层，揭示了表面形貌与界面化学对光催化性能的双重调控机制。

Results and discussion

实验采用五种不同形貌的γ-Fe₂O₃微结构（源自10纳米超顺磁纳米颗粒），通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）证实：

1. 表面粗糙度效应：中等二氧化硅（SiO₂）夹层的样品因微结构形态使催化表面积显著增加

2. 能带协同效应：无硅夹层样品中ZnO与γ-Fe₂O₃直接接触形成I型异质结，促进光生载流子分离

   紫外光照下，该异质结对亚甲基蓝的降解速率达平面硅基底ZnO薄膜的3倍，原子力显微镜（AFM）显示最佳性能样品的均方根粗糙度（RMS）达35.2纳米。

Conclusion

该工作通过精准控制γ-Fe₂O₃-SiO₂核壳颗粒的尺寸与壳层厚度，实现了ALD-ZnO涂层光催化活性的双重优化：微结构形貌增大反应位点，而异质结界面工程有效抑制了电子-空穴复合。