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20世纪初,Haber-Bosch研制出铁基催化剂用于合成氨生产。氨作为一种重要的无机物,得到了非常广泛的应用,在国家建设中发挥了重要作用。作为半导体光催化剂,ZnO具有催化活性高、无毒和低成本等优点,被广泛应用于污水处理、空气净化等领域,是一种拥有巨大发展空间的光催化材料。但是ZnO作为光催化剂,存在许多缺陷:禁带宽度大(3.37eV),只能吸收紫外光,不能充分的利用太阳能;容易发生光生电子-空穴对的复合。目前,光催化合成氨的催化剂均为粉末,粉末型光催化剂在流体中易团聚、回收利用率低。同时产生光的无序反射导致光能利用率低,不利于在光催化N2气合成氨中的应用。本论文采用磁控溅射双靶共溅射法在平面玻璃表面制备了碳掺杂的ZnO薄膜。研究了碳靶溅射功率、气压等条件对薄膜物相、膜厚、化学价态和元素含量等的影响;通过XRD、UV-Vis、XPS等表征分析了碳掺杂ZnO薄膜的晶型、吸光度、元素价态等。在300W氙灯条件下,研究了光催化N2气合成氨的性能。结果表明:碳的最佳掺杂量为1.03%,此时可见光催化氮合成氨产量最高;碳掺杂的ZnO薄膜中存在碳量子点,尺寸为4nm,晶面间距0.21nm,薄膜可以吸收可见光。同时ZnO晶格中的碳提高了 ZnO导带的位置,增强了激发电子的还原能力。当碳掺杂量为1.03%,氨氮产量为 5.15×10-4mol.h-1·cm-2。为了提高平面玻璃的表面积,利用反胶束微球刻蚀技术,在玻璃基板表面刻蚀出微米级尺寸的球形凹坑,再在微米坑的玻璃表面溅射镀膜。溅射镀膜过程中,溅射产物会进入到微米坑内,使薄膜“嵌入”基板内,从而大大提高膜参与光催化反应的接触面积。结果表明,微米孔坑玻璃坑口径为0.5-2μm,坑深为100-500nm。与平面玻璃表面上的薄膜比较,在光催化合成氨实验中微米坑玻璃表面上薄膜的氨氮产量提高到约1.4倍,膜基结合力提高了 2倍多。