氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的低溫合成及其光催化性能.pdf

1、半導(dǎo)體納米材料在光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和機(jī)械學(xué)方面所具有的獨(dú)特性能和潛在的應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)成為全世界納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。為了發(fā)掘納米材料的新的奇特物理化學(xué)特性及找到其合適的應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外研究人員一直在進(jìn)行艱苦不懈的探索。目前制備納米材料的方法很多，各具優(yōu)勢，但也存在一定的缺陷，獲得尺寸可控和粒度均勻的具有新奇形貌的納米材料仍然存在一些困難。基于納米ZnO在光催化、太陽能電池、傳感納米發(fā)電、室溫紫外發(fā)光等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。因此，本文以

2、具有優(yōu)異物化性能的納米ZnO為研究對象，系統(tǒng)地開展了特殊形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)的低溫合成和表征工作，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了納米ZnO結(jié)構(gòu)、形貌以及摻雜和其光催化性能的關(guān)系。
　　首先，以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為添加劑，乙酸鋅(Zn(AC)2)和氫氧化鈉(NaOH)為原料，采用簡單的微波水熱法制備了花狀ZnO微結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，無CTAB參與微波水熱反應(yīng)時(shí)，獲得針狀ZnO微結(jié)構(gòu)；當(dāng)CTAB的摩爾濃度為0.2 M時(shí)，合成產(chǎn)物呈

3、現(xiàn)花狀微結(jié)構(gòu)，此時(shí)CTAB在水溶液以球狀膠束作為軟模板；而當(dāng)CTAB的摩爾濃度增加到0.5 M時(shí)，由于此時(shí)CTAB在水溶液以針狀膠束作為軟模板，最終獲得針狀ZnO微結(jié)構(gòu)。當(dāng)CTAB的摩爾濃度為0.2 M時(shí)，所合成花狀ZnO微結(jié)構(gòu)具有良好的紫外光催化降解甲基橙溶液的性能。
　　其次，采用電紡絲法，以乙醇為溶劑，聚乙烯吡咯烷酮為絡(luò)合劑，乙酸鋅和乙酸鈷為原料制備了Co摻雜ZnO納米纖維。合成的Co摻雜ZnO納米纖維均勻性較好，直徑分布范

4、圍較窄，約為100 nm。Co摻雜ZnO納米纖維僅僅出現(xiàn)了一個(gè)位于380 nm附近的紫外發(fā)光峰。與未摻雜ZnO納米纖維相比，Co原子摻雜使得樣品的紫外發(fā)光峰出現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，這表明了產(chǎn)物的禁帶寬度在減小。在紫外光的照射下，與未摻雜ZnO納米纖維的光催化性能相比，Co摻雜ZnO納米纖維對甲基橙溶液具有更好的光催化活性，當(dāng)紫外光照射80 min時(shí)，Co摻雜ZnO納米纖維的光催化降解率可達(dá)93％。
　　再次，采用超聲化學(xué)法，僅僅以乙酸鋅與

5、氫氧化鉀為反應(yīng)物，在室溫下合成了花狀ZnO納米結(jié)構(gòu)。研究不同超聲時(shí)間所合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌，探討了花狀ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)制。在超聲化學(xué)反應(yīng)初期，晶體生長涉及由Zn(OH)2到ZnO直接固－固相的轉(zhuǎn)變過程。一旦花狀結(jié)構(gòu)的分枝穿過Zn(OH)2晶體表面，晶體生長則遵守溶解再沉淀生長機(jī)制?；頩nO納米結(jié)構(gòu)對亞甲基藍(lán)具有優(yōu)異的催化活性，在紫外光照射120 min時(shí)，亞甲基藍(lán)(MB)被降解94%以上。
　　最后，利用簡單的低溫水熱方法

6、，以乙酸鋅（Zn(AC)2）和氫氧化鈉(NaOH)為主要原料，通過改變反應(yīng)參數(shù)對產(chǎn)物形貌進(jìn)行調(diào)控，合成了不同形貌的ZnO納米粉體。研究表明OH－濃度、礦化劑、鋅鹽、不同表面活性劑等參數(shù)對ZnO納米粉體形貌和結(jié)構(gòu)有著重要的影響。不同OH－濃度時(shí)所合成的ZnO納米粉體具有不同的形貌和結(jié)構(gòu)，當(dāng)OH－濃度為0.16mol/L時(shí)，所合成的產(chǎn)物呈現(xiàn)為ZnO柱狀結(jié)構(gòu)；而其他三種濃度所合成的產(chǎn)物則呈現(xiàn)為納米晶或者納米片的聚集體。采用不同礦化劑所合成產(chǎn)物