氧化锌纳米材料的可控合成、表征及光催化性能研究

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氧化锌是一种常见的宽禁带半导体,具有良好的光、电性能,在光催化、太阳能电池、传感器、纳米发电机等方面具有广阔的应用前景。纳米材料的性能很大程度上取决于其形貌和尺寸,因此,控制合成不同形貌的氧化锌纳米材料可以一定程度上改变或改善其性能,在基础研究和实际应用上都有很重要的意义,成为了当今许多学科科研工作者的研究热点。本论文在氧化锌纳米材料的形貌控制合成和应用方面进行了一些初步探索性研究,主要结果如下:(1)以硝酸锌、尿素和柠檬酸三纳为原料,先合成了球状的碱式碳酸锌前驱体,然后通过热分解前驱体制得了多孔氧化锌微球。利用XRD、SEM、TEM、BET、UV-vis、FTIR等多种表征手段对合成的样品进行了表征。SEM和TEM结果表明,多孔氧化锌微球由很薄的纳米片自组装而成,直径约为4-5μm。组成微球的纳米片上布满了许多不规则的小孔,具有良好的结晶性。BET分析表明,多孔氧化锌微球的比表面积为39.6m2/g,表面的小孔直径主要分布在20-60nm之间。通过对比实验,系统研究了尿素、柠檬酸三钠的量以及反应时间对产物形貌的影响。结果显示,柠檬酸三钠对纳米球的形成有决定性的影响。根据实验结果,提出了多孔氧化锌微球的形成机理。(2)选用亚甲基蓝为目标降解物,在紫外光照射下,对合成的多孔氧化锌微球进行了光催性能测试。光催化测试结果显示,多孔氧化锌微球在80min内就把初始浓度为1.0×10–5mol/L的亚甲基蓝溶液全部降解,比商业氧化锌和二氧化钛对亚甲基蓝有更好的降解效果。这主要归因于氧化锌微球的特殊多孔形貌结构。(3)利用乙二醇和水作溶剂的二元混合溶剂热法,制备了手榴弹状的氧化锌纳米结构。采用XRD,SEM,TEM,PL对产物进行了表征。SEM和TEM图片表明,氧化锌纳米手榴弹由两根大小不一的氧化锌纳米棒组成,总长度约为6.4μm;纳米棒呈六棱柱状,沿(0001)方向生长。PL光谱分析表明手榴弹状的氧化锌在380nm处有一个很强的紫外发射峰。通过对比实验,研究了乙二醇和水的体积比对产物形貌的影响。实验发现乙二醇中的羟基能吸附在氧化锌晶体的正极性面上,从而抑制其沿(0001)方向生长。
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