多孔氧化锌微纳米球的合成及性能研究

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氧化锌作为一种半导体金属氧化物材料,具有宽的禁带宽度(Eg=3.37eV)。该材料优越的性能使其在医学、生物领域、光电学、及气体传感器方面备受关注。多孔氧化锌纳米材料由于具有独特的多孔结构,较大的比表面积,使其在气体传感器、光催化有机染料等方面有着较大的优越性,因此,本论文主要对多孔氧化锌纳米材料的合成及性能进行研究,主要通过采用不同的合成路线(刻蚀法,光照法,溶剂热法)合成具有多孔结构的氧化锌纳米材料。且研究了该种材料对不同的有机气体的气敏性能和光催化性能及其机理。本文主要研究内容如下:(1)首先合成氧化锌纳米球,通过酸刻蚀形成多孔氧化锌纳米球,平均粒径尺寸约为500nm,比表面积是59.6m2g-1。气敏测试实验结果显示,合成的多孔氧化锌纳米球对丙酮具有最高的灵敏度。最低检测丙酮浓度可达1ppm,灵敏度为2.4左右。其原因为该类材料的介孔结构。通过光催化降解有机染料实验结果显示,多孔氧化锌纳米球对甲基橙染料50min可降解96%。(2)在紫外光照射条件下合成氧化银掺杂多孔氧化锌纳米球材料,氧化银纳米粒子的尺寸约为20nm,多孔氧化锌纳米球的粒径约为500nm,氧化银拥有较窄的禁带宽度(Eg=1.2eV),可用于可见光降解有机染料。光催化降解有机染料实验结果表明,该类材料在可见光下降解亚甲基蓝染料仅40min可降解96%,比商业氧化锌粉末降解亚甲基蓝的降解率高出近20%,主要由于掺杂了氧化银的原因。(3)通过热分解的方法,分别以醋酸锌和1,2-丙二醇作为锌源和溶剂合成多孔氧化锌空心球(PZHM)。该材料是由小粒子组装而成,每个粒子尺寸约为50nm,通过Ostwald熟化形成空心球。气敏实验表明,该材料对于检测丙酮有着较好的灵敏度,最低检测丙酮的极限值为1ppm,灵敏度可达到1.64,说明该氧化锌材料对于检测丙酮有潜在的应用。研究结果表明,材料的结构和形貌对于气敏性能的测试影响较大。使材料的气敏性能提高可以通过提高材料的比表面积和减小颗粒的尺寸。相应地比表面积和颗粒尺寸对光催化降解有机染料也有较大的影响。
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