金屬氧化物半導體納米結構的調控與性能表征.pdf

1、金屬氧化物半導體納米材料具有獨特的物理化學性質，且形貌、結構、成分、晶體生長方向可控性強，因此在催化、氣體傳感器、太陽能電池等眾多領域得到了廣泛的應用。所以，設計出制備工藝簡單、成本低廉、環境友好型，且有高性能的環境催化材料和氣敏材料成為了研究的熱點。本文主要以金屬氧化物半導體材料的微觀結構和組分調控為出發點，分別研究了單組分的二氧化鈦、氧化鐵、氧化鋅和雙組分的氧化鋅/氧化錫異質結納米材料的制備工藝；并探索了上述納米材料對有機污染物羅丹

2、明B的光催化降解性能和對乙醇的氣體敏感特性；分析了光催化降解和氣敏特性的機理。
　　本研究主要內容包括：⑴選擇葡萄糖為碳源，采用水熱法制備出納米碳球模板。在180℃，9 h水熱反應條件下，隨著葡萄糖濃度增加，制備碳球的尺寸逐漸增大。當濃度為0.5 mol/L時，可以得到直徑約為394 nm的單分散、表面光滑的碳球，可以作為模板使用。將水熱反應時間延長至12 h，碳球團聚較為嚴重。結果表明水熱反應的時間和葡萄糖濃度，可以調控碳球的粒

3、徑和分散性。⑵以納米碳球為模板，鈦酸丁酯為鈦源，制備出高光催化性能的納米TiO2空心球。研究發現，改變鈦酸丁酯的添加量可以得到不同殼層厚度的TiO2空心球。鈦酸丁酯量為1.0 mL時，得到殼層厚度為25 nm的TiO2空心球，其光催化降解速率常數為0.1539 min-1；鈦酸丁酯為2.0 mL時，殼層厚度增加到35 nm，光催化降解速率常數減小為0.0861 min-1。表明TiO2空心球殼層厚度的增加會導致光催化性能的降低。⑶使用濕

4、化學方法(模板法和水熱法)實現了對α-Fe2O3納米結構的控制，研究了其形貌對α-Fe2O3氣敏性能的影響。利用模板法得到直徑約為300 nm的α-Fe2O3空心球，在300℃下對100 ppm乙醇氣體的靈敏度為14.8，響應與恢復時間為6 s/21 s；采用水熱法制備出α-Fe2O3紡錘體和顆粒，對乙醇的靈敏度分別為6.1和4.2，響應與恢復時間分別為13 s/25 s和25 s/32 s；與α-Fe2O3紡錘體和顆粒相比，空心結構的

5、納米α-Fe2O3具有更高的氣敏性能。⑷采用模板法實現了對ZnO納米結構形貌的調控，制備出ZnO納米空心球和納米棒。和納米棒相比，ZnO空心球殼有更加優異的光催化降解能力。醋酸鋅為0.057 mol/L時，產物主要是粒徑為30 nm的顆粒，在50 min時，光催化降解效率為92.51％；醋酸鋅為0.171 mol/L時，得到直徑為180 nm的ZnO空心球，在50 min時光催化降解效率為99.43%，降解速率常數為0.097 min-

6、1，醋酸鋅的濃度增加到0.285 mol/L時，得到ZnO產物為空心球殼和納米棒的混合物，在50 min時光催化降解效率為91.72%。結果表明改變醋酸鋅的量可以對產物的形貌進行調控，其中空心結構的納米ZnO具有更高的光催化性能。⑸采用模板法制備出具有優異光催化性能和氣敏性能的ZnO-SnO2納米異質結。當碳球為0.2 g，醋酸鋅和四氯化錫濃度為0.057 mol/L、0.036 mol/L時，得到直徑為180 nm的ZnO-SnO2空