氧化鋅納米結構的低溫合成及其光催化性能.pdf

1、半導體納米材料在光學、電學、力學和機械學方面所具有的獨特性能和潛在的應用價值，已經成為全世界納米材料研究領域的熱點。為了發掘納米材料的新的奇特物理化學特性及找到其合適的應用領域，國內外研究人員一直在進行艱苦不懈的探索。目前制備納米材料的方法很多，各具優勢，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?；诩{米ZnO在光催化、太陽能電池、傳感納米發電、室溫紫外發光等方面具有潛在的應用價值。因此，本文以

2、具有優異物化性能的納米ZnO為研究對象，系統地開展了特殊形貌的ZnO納米結構的低溫合成和表征工作，在此基礎上，進一步考察了納米ZnO結構、形貌以及摻雜和其光催化性能的關系。
　　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微結構。實驗證明，無CTAB參與微波水熱反應時，獲得針狀ZnO微結構；當CTAB的摩爾濃度為0.2 M時，合成產物呈

3、現花狀微結構，此時CTAB在水溶液以球狀膠束作為軟模板；而當CTAB的摩爾濃度增加到0.5 M時，由于此時CTAB在水溶液以針狀膠束作為軟模板，最終獲得針狀ZnO微結構。當CTAB的摩爾濃度為0.2 M時，所合成花狀ZnO微結構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納米纖維僅僅出現了一個位于380 nm附近的紫外發光峰。與未摻雜ZnO納米纖維相比，Co原子摻雜使得樣品的紫外發光峰出現了紅移現象，這表明了產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，當紫外光照射80 min時，Co摻雜ZnO納米纖維的光催化降解率可達93％。
　　再次，采用超聲化學法，僅僅以乙酸鋅與

5、氫氧化鉀為反應物，在室溫下合成了花狀ZnO納米結構。研究不同超聲時間所合成產物的結構與形貌，探討了花狀ZnO納米結構的生長機制。在超聲化學反應初期，晶體生長涉及由Zn(OH)2到ZnO直接固－固相的轉變過程。一旦花狀結構的分枝穿過Zn(OH)2晶體表面，晶體生長則遵守溶解再沉淀生長機制?；頩nO納米結構對亞甲基藍具有優異的催化活性，在紫外光照射120 min時，亞甲基藍(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，通過改變反應參數對產物形貌進行調控，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對ZnO納米粉體形貌和結構有著重要的影響。不同OH－濃度時所合成的ZnO納米粉體具有不同的形貌和結構，當OH－濃度為0.16mol/L時，所合成的產物呈現為ZnO柱狀結構；而其他三種濃度所合成的產物則呈現為納米晶或者納米片的聚集體。采用不同礦化劑所合成產物