ZnO納米材料的合成與性能研究.pdf

1、氧化鋅是一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，并且具有高達(dá)60meV的激子束縛能，在發(fā)光二極管、紫外光探測(cè)器、氣敏元件、光催化、壓電器件、生物熒光標(biāo)記以及太陽(yáng)能電池等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)ZnO納米材料的結(jié)構(gòu)可控制備、性能調(diào)控、發(fā)光機(jī)理及室溫鐵磁性的起源等基本問(wèn)題的研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。本文對(duì)ZnO納米材料的控制合成、摻雜、復(fù)合與表面修飾、光學(xué)和磁學(xué)性能以及光催化、光伏電池應(yīng)用等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主

2、要內(nèi)容如下:
　　 1.以油酸作為表面活性劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用溶膠-凝膠法合成出尺寸為3-4納米的六方棱柱形的ZnO量子點(diǎn)。通過(guò)控制反應(yīng)溶液的濃度和反應(yīng)時(shí)間，成功實(shí)現(xiàn)了ZnO量子點(diǎn)到量子棒的轉(zhuǎn)變。與球形ZnO量子點(diǎn)相比，六方棱柱形ZnO量子點(diǎn)具有更高的光催化活性。六方棱柱形ZnO量子點(diǎn)的高催化活性主要?dú)w因于它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。這種結(jié)構(gòu)具有大面積的以鋅封端的(001)極性晶面，這種極性納米晶被認(rèn)為在ZnO光催化方面起主要作用。

3、>　　 2.通過(guò)溶膠凝膠法，以自制的油酸鋅為前驅(qū)體，合成出2.2到7.8納米之間尺寸可調(diào)的ZnO量子點(diǎn)。系統(tǒng)研究了ZnO量子點(diǎn)可見(jiàn)發(fā)光的起源以及屬性。研究表明，ZnO量子點(diǎn)表面的單電離氧空位決定了可見(jiàn)發(fā)光的起源和發(fā)光強(qiáng)度;在缺陷不變的條件下，可見(jiàn)發(fā)光蜂位由尺寸決定，并且空穴從價(jià)帶到預(yù)先存在的深的施主能級(jí)（由單電離氧空位引發(fā)）的躍遷導(dǎo)致了ZnO量子點(diǎn)的可見(jiàn)發(fā)光。
　　 3.觀察到了所合成的ZnO量子點(diǎn)的室溫鐵磁性。X射線衍射和X

4、光電子譜表明ZnO量子點(diǎn)是純凈的，沒(méi)有其他物相或雜質(zhì)存在。研究發(fā)現(xiàn)飽和磁化強(qiáng)度隨量子點(diǎn)尺寸的變大而減小，光致發(fā)光結(jié)果表明可見(jiàn)發(fā)光強(qiáng)度隨尺寸的變化趨勢(shì)與飽和磁化強(qiáng)度相同，并且兩者都與g值為2.0056的電子核磁共振(EPR)信號(hào)緊密相關(guān)。分析表明，該EPR信號(hào)來(lái)源于單電離氧空位，單電離氧空位為ZnO量子點(diǎn)室溫鐵磁性的起源。ZnO量子點(diǎn)在空氣中退火的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了該觀點(diǎn)。
　　 4.以氯鉑酸為鉑源，采用在乙二醇中化學(xué)還原的方法

5、，以一定量的鉑納米粒子修飾ZnO納米棒。X光電子譜、光致發(fā)光光譜以及吸收光譜的結(jié)果表明鉑原子充當(dāng)了電子捕獲者的角色，這有利于電子空穴的分離。因此，鉑-氧化鋅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性得到明顯改善，鉑的最佳修飾量為1％。同時(shí)，為了解決光催化劑的可回收性問(wèn)題，以鉑鎳合金粒子對(duì)ZnO納米棒進(jìn)行了修飾。結(jié)果表明當(dāng)鎳納米粒子單獨(dú)修飾在ZnO納米棒上時(shí)，雖然其具有磁性可以被磁性分離，但是其光催化活性相比于純的ZnO納米棒下降很多。當(dāng)鉑鎳合金粒子修飾ZnO