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體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，并且具有高達60meV的激子束縛能，在發光二極管、紫外光探測器、氣敏元件、光催化、壓電器件、生物熒光標記以及太陽能電池等諸多領域有著廣闊的應用前景。對ZnO納米材料的結構可控制備、性能調控、發光機理及室溫鐵磁性的起源等基本問題的研究具有重要的理論價值和實際意義。本文對ZnO納米材料的控制合成、摻雜、復合與表面修飾、光學和磁學性能以及光催化、光伏電池應用等進行了系統的研究，主

2、要內容如下:
　　 1.以油酸作為表面活性劑和結構導向劑，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。通過控制反應溶液的濃度和反應時間，成功實現了ZnO量子點到量子棒的轉變。與球形ZnO量子點相比，六方棱柱形ZnO量子點具有更高的光催化活性。六方棱柱形ZnO量子點的高催化活性主要歸因于它獨特的結構特征。這種結構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為在ZnO光催化方面起主要作用。

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

4、光電子譜表明ZnO量子點是純凈的，沒有其他物相或雜質存在。研究發現飽和磁化強度隨量子點尺寸的變大而減小，光致發光結果表明可見發光強度隨尺寸的變化趨勢與飽和磁化強度相同，并且兩者都與g值為2.0056的電子核磁共振(EPR)信號緊密相關。分析表明，該EPR信號來源于單電離氧空位，單電離氧空位為ZnO量子點室溫鐵磁性的起源。ZnO量子點在空氣中退火的實驗數據進一步證實了該觀點。
　　 4.以氯鉑酸為鉑源，采用在乙二醇中化學還原的方法

5、，以一定量的鉑納米粒子修飾ZnO納米棒。X光電子譜、光致發光光譜以及吸收光譜的結果表明鉑原子充當了電子捕獲者的角色，這有利于電子空穴的分離。因此，鉑-氧化鋅異質結構的光催化活性得到明顯改善，鉑的最佳修飾量為1％。同時，為了解決光催化劑的可回收性問題，以鉑鎳合金粒子對ZnO納米棒進行了修飾。結果表明當鎳納米粒子單獨修飾在ZnO納米棒上時，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。當鉑鎳合金粒子修飾ZnO