多孔氧化锌纳米半导体材料的可控合成及性能研究

论文摘要

21世纪,以材料、信息、能源为三大支柱产业。多孔氧化锌纳米材料的独特多孔结构,使其在工业催化、生物传感、能源存储、信息传递及航空航天等诸多方面都有着广阔的应用前景。本文中,我们通过水热法和溶剂热法再结合煅烧,制备出了两种形貌的氧化锌多孔结构,对实验条件和参数进行了深入的探究,找到了最佳实验结果。并且研究其在光催化和气敏方面的性能,结果显示出所获得的材料均具有良好的性能。具体的工作内容总结如下:1.自组装三维氧化锌纳米条簇通过碱式碳酸锌这种前驱体路线合成得到。前驱体的制备主要通过定向结合和自组装过程得到。所获得的三维氧化锌结构显示出明显的结构提高光催化性能,这是由于其具有一个开阔和多孔的表面层,有利于催化过程中有机物分子和氧物种的扩散和传输。2.通过在400℃下煅烧纳米片前驱体制备得到准一维多孔纳米结构—纳米针状氧化锌。简单溶剂热法制得的前驱体具有均匀的尺寸和光滑的表面。所制得的纳米针分别被X射线粉末衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）,热重和示差热分析（TG-DTA）和傅里叶红外转换（FT-IR）表征。结果显示出纳米针完全维持了纳米片前驱体的尺寸大小,长度在100nm-1μm,宽度在30-40nm。同时,气体传感测试证实所制得的纳米针具有良好的气体敏感度,响应恢复时间短,重现性高,这些可以归结于纳米片表面奇特的孔分布。3.在花状氧化锌的基础上,我们成功的将银纳米颗粒负载到氧化锌表面。通过XRD,SEM,TEM,UV-vis等一系列实验的研究分析,结果显示纳米银将对氧化锌的光催化起到促进的作用,其中,3mol% Ag对罗丹明B的催化效率最高,并对这一结果进行了光催化机理的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米半导体材料简述
• 1.1.1 纳米半导体材料的特殊性质
• 1.1.2 纳米半导体材料的广泛应用
• 1.2 多孔材料研究简介
• 1.3 氧化锌及其多孔纳米材料的研究现状
• 1.3.1 纳米氧化锌简介
• 1.3.2 氧化锌多孔纳米材料的制备和性能
• 1.4 多孔氧化锌纳米材料的展望
• 1.5 本文的研究内容
• 参考文献
• 第二章：自组装合成三维多孔准花状氧化锌纳米束簇和其对有机染料的光催化降解
• 2.1 引言
• 2.2 材料的制备和表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 光催化性能研究
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 溶剂热法制备纳米针状氧化锌及其对乙醇气体的传感性能
• 3.1 引言
• 3.2 材料的制备和表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 ZnO 纳米针的气敏性研究
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 银负载纳米花状氧化锌及其对罗丹明B 的催化降解
• 4.1 引言
• 4.2 材料的制备和表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 载银氧化锌的光催化性能研究
• 4.5 光催化降解的机理
• 4.6 本章小节
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 一.总结
• 二.展望
• 附录:攻读硕士研究生期间发表的论文目录及获奖情况
• 致谢