生物分子參與下ZnO層級(jí)結(jié)構(gòu)的可控制備.pdf

1、ZnO由于它具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，在電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是一種備受矚目的半導(dǎo)體材料。近年來，使用生物分子作為合成ZnO的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑或模板已經(jīng)成為研究者的關(guān)注熱點(diǎn)。本論文分別選用生物大分子DNA、生物小分子山梨糖以及檸檬酸作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用簡單的液相法在溫和條件下制備出三種具有獨(dú)特形貌和晶體結(jié)構(gòu)的ZnO晶體。通過X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、熒光光譜儀、紫外分光光度計(jì)等技術(shù)手段對(duì)產(chǎn)物的晶相、表面形貌

2、、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、光致發(fā)光性能和光催化活性作了表征。探究了不同的反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物表面結(jié)構(gòu)、形貌、晶相、和光催化活性的影響。主要有以下研究內(nèi)容和研究成果:
　　 (1) DNA(鯡魚精DNA)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成蝴蝶狀ZnO
　　 采用直接沉淀法，以Zn(Ac)2·2H2O溶液和NaOH溶液作為反應(yīng)原料，在反應(yīng)體系中添加濃度為1mg/ml的DNA，控制反應(yīng)時(shí)間為10h，反應(yīng)溫度為70℃的條件下，制備出單分散蝴蝶狀ZnO層級(jí)結(jié)構(gòu)。利用

3、XRD、FESEM等技術(shù)對(duì)產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DNA在ZnO的形成過程中具有結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，它促進(jìn)了ZnO納米片和納米棒兩種組裝基元的自組裝?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，本文提出了一種可能的反應(yīng)機(jī)理。此外，本文選用萘酚藍(lán)黑作為模擬污染物，對(duì)合成產(chǎn)物的光催化活性進(jìn)行檢測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DNA介導(dǎo)產(chǎn)生的ZnO具有較高的光催化活性。
　　 (2)山梨糖作為晶體調(diào)節(jié)劑合成海膽狀ZnO
　　 在80℃反應(yīng)條件下，采用直接

4、沉淀法，以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH作為反應(yīng)原料，用水和乙醇1∶1的混合溶液為溶劑，控制反應(yīng)時(shí)間為5h的條件下，制備出了海膽狀ZnO晶體。本文探究了各反應(yīng)參數(shù)如山梨糖加入量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)溶劑、不同鋅鹽以及pH值等對(duì)產(chǎn)物形貌和表面結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，山梨糖對(duì)產(chǎn)物形貌有顯著影響，它促使ZnO納米針通過自組裝形成海膽狀結(jié)構(gòu)。而且山梨糖的加入使反應(yīng)體系的pH值能夠維持在pH=7左右，此條件為海膽狀ZnO形成的關(guān)鍵因素

5、。本文對(duì)海膽狀ZnO的成核和生長機(jī)理進(jìn)行了探索。此外，本文還對(duì)不同反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物光致發(fā)光性能的影響進(jìn)行檢測。
　　 (3)檸檬酸作為晶體生長條件劑合成ZnO核殼結(jié)構(gòu)
　　 在生物有機(jī)小分子檸檬酸的參與下，以Zn(NO3)2·6H2O和C6H12N4為原料，采用均相沉淀法，在ITO導(dǎo)電玻璃基片上制備出具有同質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的ZnO晶體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，檸檬酸的加入是合成核殼結(jié)構(gòu)ZnO的決定性因素。整個(gè)反應(yīng)是分兩步完成的，只有加入了