论文题目: 氧化物半导体纳米材料的制备及光学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 魏慧英
导师: 吴佑实
关键词: 半导体,纳米晶,光催化,光致发光,掺杂
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米半导体材料在光伏电池、光电传感器、光谱发射和光催化等方面有着重要的潜在应用价值,因此近几年来得到了广泛的研究。TiO2纳米粒子不仅具有很高的光催化活性,而且具有耐酸碱和光化学腐蚀、成本低、无毒的特点,是目前最有应用潜力的一种光催化剂。锐钛型TiO2的带隙能Eg=3.2eV,只有小于360nm的紫外光才能激发,因此我们研究的重点是提高纳米TiO2对可见光的利用率并增加其比表面积。 ZnO纳米晶属宽能隙直接带材料,室温下禁带宽度为3.37ev,其光谱包括一个宽而强的蓝一绿光发射带,一个弱而窄的紫外发射带。为得到强的蓝紫光发射材料,我们研究了金属离子和非金属掺杂的ZnO纳米晶,ZnO纳米棒,以及有机无机复合材料。主要研究内容包括以下几个方面: 1.利用化学共沉淀法制备了La3+离子掺杂的TiO2纳米晶,然后在NH3气氛中煅烧得到La和N共掺杂的样品。其粒晶为5-15nm,比表面为65-125m2/g。微结构表征和光谱研究表明,非金属元素N可取代少量O原子,通过N2p和Ti3d轨道的相互作用,在半导体中产生新的掺杂能级,N掺杂降低了TiO2纳米晶的带隙能,0.5%La3+离子掺杂增大了样品的比表面积,La3+和N共掺杂的TiO2在可见光（350<λ<450nm）作用下表现出极强的催化活性,可将20mg/l的甲基橙水溶液在一小时内完全降解。 2.在强碱性条件下水热法制备了二氧化钛纳米管,通过400℃空气中煅烧和500℃还原性气氛中纳米管的断裂试验表明:纳米管完全横向断裂为均匀大小的‘空心砖’结构,且由锐钛矿相完全转化为金红石相。,XRD和HRTEM研究发现,纳米管为沿（101）晶面生长的锐钛矿结构,管壁为多层的开口管。其生长机理可解释为纳米晶粒子经过片状钛酸盐结构连接卷积而成。紫外可见吸收光谱显示其对500-800 nm可见光有弱吸收,对260nm附近的紫外光有强吸收。 3.选取了与Zn2+半径相近,氢氧化物和碳酸盐的Ksp相近的Mn2+、Cu2+和Cr3+离子分别对ZnO掺杂,采用共沉淀法合成了微量Mn2+,Cu2+和Cr3+离子分别掺杂的ZnO纳米晶体。研究其光致发光性能。研究发现,金属离子掺杂不影响ZnO
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 研究基础
1．2．1 纳米材料的基本性质
1．2．2 纳米材料的物理性质
1．2．3 纳米材料的化学性质
1．3 纳米材料的制备方法
1．3．1 物理制备方法
1．3．2 化学制备方法
1．3．3 特殊形态纳米材料的制备方法
1．4 氧化物半导体纳米材料的研究进展
1．4．1 纳米 TiO_2的制备及掺杂 TiO_2光催化性能的研究进展
1．4．2 纳米 ZnO的制备及光学性能的研究进展
1．5 本论文的主要研究内容
参考文献
第二章 N和 La共掺杂的TiO_2纳米晶的制备、表征及光催化性能
2．1 引言
2．2 实验
2．3 结果与讨论
2．3．1 掺杂及未掺杂 TiO_2纳米晶的微结构表征
2．3．2 掺杂机理探讨
2．3．3 掺杂及未掺杂样品的紫外可见吸收光谱
2．3．4 掺杂及未掺杂样品的光催化性能研究
2．4 本章总结
参考文献
第三章 水热法制备TiO_2纳米管的生长机理研究
3．1 前言
3．2 实验
3．3 结果及讨论
3．3．1 二氧化钦纳米晶及纳米管的微结构表征
3．3．2 二氧化钦纳米管的生长机理探讨
3．3．3 二氧化钦纳米管的紫外可见吸收光谱
3．4 本章结论
参考文献
第四章 Mn~(2+)、Cu~(2+)离子掺杂的纳米 ZnO的制备及光学性能研究
4．1 引言
4．2 实验
4．3 结果与讨论
4．3．1 Mn~(2+)和 Cu~(2+)掺杂及未掺杂样品的结构特征分析
4．3．2 Mn~(2+)和 Cu~(2+)掺杂及未掺杂样品的紫外可见吸收光谱分析
4．3．3 Mn~(2+)和 Cu~(2+)掺杂样品的光致发光谱分析
4．3．4 Cr~(3+)掺杂样品的光学性能分析
4．4 本章结论
参考文献
第五章表面氮掺杂的ZnO半导体纳米晶的制备及光学性能研究
5．1 引言
5．2 实验
5．3 结果与讨论
5．3．1 掺杂及未掺杂样品的微结构表征
5．3．2 掺杂及未掺杂样品的 XPS谱分析
5．3．3 掺杂及未掺杂样品的吸收光谱及掺杂过程探讨
5．3．4 氮掺杂前后 ZnO纳米晶的光致发光谱及发光机理探讨
5．4 本章结论
参考文献
第六章 水热法制备 ZnO纳米棒的生长机理及表面活性剂的影响
6．1 引言
6．2 试验部分
6．3 结果与讨论
6．3．1 三种不同体系中制备的纳米ZnO试样的 XRD图谱分析
6．3．2 无表面活性剂辅助的 ZnO纳米棒的生长机理探讨
6．3．3 表面活性剂对 ZnO纳米棒生长的影响
6．3．4 不同体系中所得样品的光吸收性能及光致发光性能研究
6．4 本章结论
参考文献
第七章 聚苯胺
7．1 引言
7．2 实验部分
7．3 结果与讨论
7．3．1 ZnO/PANI复合纳米材料的微结构表征
7．3．2 ZnO/PANI复合纳米材料的光吸收性能及光致发光性能研究
7．4 本章结论
参考文献
本文的主要结论及创新点
攻读博士学位期间发表的论文与获奖情况
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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