宽禁带半导体材料ZnO、TiO2的制备及特性研究

论文摘要

氧化锌（ZnO）和二氧化钛（TiO2）都是典型的宽禁带半导体材料。宽禁带半导体材料是具有多种优异性能的纳米材料,具有着广阔的应用前景。近些年来,随着纳米科学技术的发展,纳米材料的研究一直是人们研究的重点,尤其是它的应用研究。研究ZnO、TiO2的可控制备以及对它们的性能进行表征具有非常重要的科学意义。本文主要有两个部分,具体内容如下：一、在低温条件下通过水热合成法反应5小时,以FTO导电玻璃作为衬底,制备良好取向的氧化锌（ZnO）纳米棒阵列。详细的研究制备过程中氨水的含量对ZnO纳米棒生长长度的影响。最后通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见吸收光谱（UV-visible absorption spectra）等表征方法对制备的样品进行表征与分析。结果表明,随着氨水含量的增加,Zn0纳米棒的生长长度也增加了。二、通过简单的溶胶-凝胶法和溶剂热后处理反应,以价格低廉、相对环保的正己胺作结构导向剂合成尺寸分布均匀、孔径18.9 nm、比表面积为89.76 m2g-1的锐钛矿相二氧化钛（Ti02）介孔球。经研究发现,在反应合成过程中水的含量（水与钛源的摩尔比）对得到的二氧化钛介孔球的形态有着显著的影响。同时Ti02介孔球的表面粗糙程度和直径大小也受反应时间的影响：相应的延长反应的时间,会使形成的介孔球表面变得越来越光滑,直径也会逐渐增加。利用反应获得的Ti02介孔球材料作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料,得到的敏化太阳能电池的光电转化效率达到了5.56%,与相同条件下用P25作光阳极材料的太阳能电池的光电转化效率相比略微有所提高。通过这项研究表明,Ti02介孔球材料在清洁能源转化领域（太阳能利用领域）中具有很大的应用潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 氧化锌（ZnO）概述
• 1.1.1 氧化锌的晶体结构
• 1.1.2 ZnO纳米材料的研究进展
• 2）概述'>1.2 二氧化钛（TiO₂）概述
• 2的性质及结构'>1.2.1 TiO₂的性质及结构
• 2纳米材料应用的研究进展'>1.2.2 TiO₂纳米材料应用的研究进展
• 1.3 本论文的研究意义及内容
• 2 纳米材料的性质、制备方法及表征
• 2.1 纳米材料的基本效应
• 2.1.1 小尺寸效应
• 2.1.2 量子尺寸效应
• 2.1.3 表面效应
• 2.1.4 量子隧穿效应
• 2.1.5 介电限域效应
• 2.2 纳米材料的制备方法
• 2.3 纳米材料的相关表征手段
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.2 X射线衍射谱（XRD）
• 2.3.3 紫外可见吸收光谱（UV光谱）
• 2.3.4 霍尔效应测试
• 2.3.5 光致发光光谱（PL谱）
• 3 氨水浓度对ZnO纳米棒阵列生长形貌的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 衬底的预处理
• 3.2.2 水热合成
• 3.2.3 测试与表征
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 表面形貌
• 3.3.2 晶体结构特征
• 3.3.3 光学性质
• 3.4 本章小结
• 介孔球的形貌控制及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究'>4 TiO_介孔球的形貌控制及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究
• 4.1 引言
• 2介孔球的合成'>4.2 实验：TiO₂介孔球的合成
• 2前驱体球的合成'>4.2.1 TiO₂前驱体球的合成
• 2前驱体球的晶化扩孔制备TiO₂介孔球'>4.2.2 TiO₂前驱体球的晶化扩孔制备TiO₂介孔球
• 2介孔球'>4.2.3 不同结构导向剂合成TiO₂介孔球
• 2介孔球工作电极的制备及电池组装'>4.2.4 染料敏化电池TiO₂介孔球工作电极的制备及电池组装
• 4.3 测试与表征
• 4.4 结果和讨论
• 2前驱体球形貌的影响'>4.4.1 结构导向剂烷基碳链长度对TiO₂前驱体球形貌的影响
• 2O与Ti的摩尔比对TiO₂前驱体球的影响'>4.4.2 H₂O与Ti的摩尔比对TiO₂前驱体球的影响
• 2前驱体球的影响'>4.4.3 反应时间对TiO₂前驱体球的影响
• 4.4.4 XRD分析
• 4.4.5 氮气吸附-脱附结果分析
• 4.4.6 染料敏化太阳能电池性能分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢