ZnO、MnO2、氧化硅纳米结构的合成及其物理化学性能研究

论文摘要

氧化物纳米材料具有独特的物理与化学特性,在发光、光电转化、化学传感、催化、生物医学和电化学储能等诸多领域都有着广泛的应用潜力。本文分别利用气相法和液相法合成了氧化硅、ZnO和MnO2三种氧化物纳米结构材料,并研究了它们的物理化学性能,主要工作概括如下：1.气相法合成了花蕾状、毛笔头状和羽毛状氧化硅纳米结构材料。研究发现氧化硅纳米线是从包覆在金属镓颗粒表面的氧化硅外壳上以气一固机制外延生长而出的,具有不同形貌的氧化硅纳米结构中结构缺陷的种类和数量的不同导致了它们光致发光性能的差异。2.气相法合成了ZnO纳米梳,在同一片硅衬底的两表面同时分别生长出准阵列ZnO纳米棒和纳米颗粒。研究发现不同气氛下的热处理会对ZnO纳米梳的形貌、微观结构和光致发光性能产生不同的影响；准阵列ZnO纳米棒和ZnO纳米颗粒的微观结构、光致发光性能和超疏水特性的存在差别。3.液相条件下巧妙地利用负电性聚苯乙烯磺酸（poly（4-styrenesulfonic acid）,PSS）分子之间的静电斥力来分散碳纳米管,再利用PSS分子与锰离子之间的静电引力将MnO2纳米颗粒沉积生长在碳纳米管/聚苯胺同轴结构表面而制备出碳纳米管/聚苯胺/Mn02三元同轴结构超级电容器复合电极材料。这种复合电极材料大大增加了MnO2的比表面积,而且间接增加了MnO2与碳纳米管之间的接触面积与结合强度,提高电子向Mn02传输的效率和Mn02的电化学利用率。4.液相法合成了碳纳米管/Mn02纳米颗粒复合超级电容器电极材料,研究了这种复合电极材料的电化学电容性能,并在不同电压扫描速率下分别对电极进行了500次充放电循环测试,研究发现充放电循环会对这种复合电极材料的形貌、结构和电化学电容性能产生较大的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氧化物纳米材料的制备方法
• 1.2.1 气相法
• 1.2.2 液相法
• 1.3 氧化物纳米材料的物理化学性能研究
• 1.3.1 光电性能
• 1.3.2 气敏性能
• 1.3.3 超疏水性能
• 1.3.4 电化学电容性能
• 1.4 本论文的选题背景与研究内容
• 参考文献
• 第二章 氧化硅纳米结构的合成及其发光性能
• 2.1 引言
• 2.2 气相合成设备和实验方法
• 2.3 花蕾状氧化硅纳米结构的合成与生长机理
• 2.3.1 实验方法与测试
• 2.3.2 实验结果与讨论
• 2.3.2.1 样品的形貌及微观结构
• 2.3.2.2 样品的生长机制
• 2.4 羽毛状和毛笔头状氧化硅纳米结构的合成及发光性能
• 2.4.1 实验方法与测试
• 2.4.2 实验结果与讨论
• 2.4.2.1 样品的形貌及生长机制
• 2.4.2.2 样品的光致发光性能
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 ZnO纳米结构的合成及其发光和超疏水性能
• 3.1 引言
• 3.2 ZnO纳米梳的合成及热处理对其形貌和发光性能的影响
• 3.2.1 实验方法与测试
• 3.2.2 实验结果与讨论
• 3.2.2.1 ZnO纳米梳的生长及热处理对其形貌的影响
• 3.2.2.2 热处理对ZnO纳米梳光致发光性能的影响
• 3.3 准阵列ZnO纳米棒和ZnO纳米颗粒的生长及发光和疏水性能
• 3.3.1 实验方法与测试
• 3.3.2 实验结果与讨论
• 3.3.2.1 样品的形貌及生长机制
• 3.3.2.2 样品的光致发光性能
• 3.3.2.3 样品表面的疏水性能
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 2纳米颗粒三元同轴结构的合成及其电容特性'>第四章 碳纳米管/聚苯胺-MnO₂纳米颗粒三元同轴结构的合成及其电容特性
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法与测试
• 2纳米颗粒三元复合材料的制备'>4.2.1 碳纳米管/聚苯胺/MnO₂纳米颗粒三元复合材料的制备
• 4.2.2 电极制备及测试
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 材料表征
• 4.3.2 电容特性研究
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 2纳米颗粒的合成、电容特性及其结构演化'>第五章 碳纳米管/MnO₂纳米颗粒的合成、电容特性及其结构演化
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法与测试
• 2复合电极材料的合成'>5.2.1 碳纳米管/MnO₂复合电极材料的合成
• 5.2.2 超级电容器电极的制备和测试
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 材料表征
• 5.3.2 电容特性研究
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 攻读博士学位期间完成的论文