微納米環(huán)的可控制備、形成機(jī)理及性能研究.pdf

1、納米環(huán)具有封閉的一維結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)、新穎的性能和特殊的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。作為簡(jiǎn)單的等離子體結(jié)構(gòu)，納米環(huán)在可見(jiàn)光和近紅外范圍內(nèi)表現(xiàn)出多重共振行為。納米環(huán)也被認(rèn)為是一種等離子體納米天線，可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。納米環(huán)的多重散射、振動(dòng)共振吸收、納米天線輻射和干擾作用使得其在微波吸收、磁性隨機(jī)存儲(chǔ)、催化劑、傳感器和太陽(yáng)能電池傳感器等方面擁有潛在的應(yīng)用前景。基于納米環(huán)的優(yōu)異性能，本文設(shè)計(jì)合成了β-Co(OH)2微米環(huán)、ZnO納米環(huán)和

2、ZnO納米環(huán)/還原石墨烯復(fù)合物，探究其形成機(jī)理、電化學(xué)檢測(cè)和光催化性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.單晶β-Co(OH)2微米環(huán)的可控合成、形成機(jī)理及作為傳感器對(duì)亞硝酸根離子的檢測(cè)
　　采用簡(jiǎn)單的低溫混合溶劑法先原位生長(zhǎng)β-Co(OH)2微米片，再將得到的微米片在室溫下陳化24～60 h，得到單晶的六邊形β-Co（OH)2微米環(huán)。研究反應(yīng)物的濃度、水-乙醇體積比（δ）、外加水量（V）、陳化溫度和陳化時(shí)間（ta）等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)微

3、米環(huán)的結(jié)構(gòu)和尺寸的影響。在較低的陳化溫度，合適的水-乙醇體積比δ，合適的外加水量V和較長(zhǎng)的陳化時(shí)間ta等實(shí)驗(yàn)條件下，能夠得到β-Co(OH)2微米環(huán)。微米片到微米環(huán)的形貌演變機(jī)理歸結(jié)為(0001)晶面的溶解-擴(kuò)散-重結(jié)晶行為。因此，這種制備β-Co(OH)2微米環(huán)的方法簡(jiǎn)單環(huán)保。所得的β-Co(OH)2微米環(huán)作為修飾電極，對(duì)NO2-顯示出較高的靈敏度，這為高靈敏度電極材料提供了新途徑。
　　2.Zn極性面誘導(dǎo)的化學(xué)刻蝕法合成ZnO

4、納米結(jié)構(gòu)及增強(qiáng)光催化性能
　　采用簡(jiǎn)單的低溫化學(xué)刻蝕法選擇性地合成單分散的、六邊形單晶ZnO納米結(jié)構(gòu)。該納米結(jié)構(gòu)的形貌可從納米片演變到納米印章、納米碗、納米環(huán)。這種形貌演變歸結(jié)為在能量最低原則驅(qū)使下帶正電的(0001)-Zn極性面的化學(xué)刻蝕行為。通過(guò)研究ZnO的極性面、表面積、能帶、光學(xué)性能以及光催化降解羅丹明B(RhB)性能來(lái)探究ZnO的形貌、尺寸與其功能間的構(gòu)效關(guān)系。ZnO納米碗和納米環(huán)分別由于增強(qiáng)的光吸收和等離子體共振吸收而

5、表現(xiàn)出增強(qiáng)的光學(xué)和光催化性能。低溫合成的ZnO納米碗尺寸較小，表面復(fù)合對(duì)光催化反應(yīng)的表觀速率常數(shù)k有重要影響;在較高溫度下制各的ZnO納米碗由于表面積減小，光催化活性隨尺寸增大而降低。
　　3.形貌和組成可控的ZnO/還原氧化石墨烯納米片(ZnO/rGO)復(fù)合物的制備及其等離子增強(qiáng)光催化性能
　　采用簡(jiǎn)單的低溫一步化學(xué)刻蝕法制備ZnO形貌和含量可控的ZnO/rGO復(fù)合物。通過(guò)改變陳化時(shí)間、加熱方式以及rGO的加入量來(lái)調(diào)節(jié)Zn

6、O/rGO復(fù)合物中ZnO的形貌和含量，并研究了形貌和含量對(duì)ZnO/rGO復(fù)合物的光學(xué)和光催化性能的影響。復(fù)合適量ZnO納米環(huán)的ZnO/rGO復(fù)合物因其等離子體共振吸收和等離子體納米天線輻射作用，而分別顯著增強(qiáng)光吸收強(qiáng)度和熒光發(fā)射強(qiáng)度。ZnO含量為29.54 wt.％的ZnO納米環(huán)/rGO復(fù)合物的光催化性能最好，表觀反應(yīng)速率常數(shù)k為0.025 min-1，顯著高于純r(jià)GO（0.0085 min-1）和ZnO納米環(huán)(0.018 min-1)