锡酸锌及其相关复合纳米材料的制备、表征及应用

论文摘要

正锡酸锌Zn2SnO4是一种反尖晶石结构的半导体。因为具有高电子迁移率、高电导率和低可见吸收，使其在光电装置、化学传感器、功能涂层和透明传导电极等方面具有广泛的应用。目前已经有报道，将锡酸锌作为锂离子电池的阳极材料，光催化降解水中的有机污染物和作为染料敏化太阳能电池（DSSC）的工作电极。锡酸锌的应用前景已经促使人们对其合成方法产生浓厚的研究兴趣。在过去的几年，已经提出很多方法来合成正锡酸锌，比如热蒸发法、高温煅烧法、溶胶凝胶法、球磨研磨法等。然而这些合成方法通常涉及复杂的控制过程，限制了正锡酸锌的应用潜能。事实证明，基于溶液的水热合成是一种温和的制备途径，可用于大规模生产。具有明确形状和晶面的单晶受到越来越多的关注，因为它们在很多方面都具有重要的应用。比如纳米晶体的光催化能力取决于裸露的晶面，而晶面可以通过合成的纳米晶体的形状来调控。金属氧化物半导体传感材料的晶面对其气敏性质来说是至关重要的。从化学活性的角度来看，由于存在高密度原子位点，具有特定裸露晶面的金属氧化物半导体可能会是好的传感材料。有研究表明通过表面工程策略，即选择性的裸露传感材料表面中的高能面来改变传感材料的气敏性质是可行的。合成锡酸锌的方法多样，但是用水热法来制备具有特定裸露晶面的锡酸锌的研究较少。在本论文中，我们将呈现一种简单的水热合成路线来获得具有特定晶面的十四面体、削角八面体、立方体及小颗粒形状的正锡酸锌，并通过掺杂SnO2的方法提高正锡酸锌对乙醇的气敏响应灵敏度。在第二章中，介绍了利用水热法合成的削角八面体、十四面体、立方体正锡酸锌，并对其光催化性能进行了测试。光催化实验结果表明：无定形小颗粒的正锡酸锌光降解甲基橙的时间最短，降解速率最快；十四面体的降解时间最长。同时还研究了这四种形貌的锡酸锌的气敏性质，结果表明十四面体的正锡酸锌对于乙醇、丙酮、正丁胺等气体的选择性和灵敏度都较高。在第三章介绍的研究工作中，用煅烧水热合成的前驱物氢氧化锡锌ZnSn（OH）6的方法得到锡酸锌异质复合气敏材料Zn2SnO4-SnO2。与单纯的正锡酸锌和将前驱物550oC煅烧得到的无定形偏锡酸锌ZnSnO3相比较，在气敏性质方面，立方堆Zn2SnO4-SnO2异质复合材料对乙醇的气敏响应有明显的提高。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料概述及常用的表征方法
• 1.2 光催化概述
• 1.3 气体传感器概述
• 1.3.1 气体传感器的分类及应用
• 1.3.2 氧化物气体传感器的主要性能参数
• 1.4 锡酸锌的研究现状
• 1.5 本论文的构思
• 2SnO₄的合成与性质研究'>第二章 锡酸锌 Zn₂SnO₄的合成与性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器表征
• 2SnO₄的合成'>2.2.3 锡酸锌 Zn₂SnO₄的合成
• 2.2.4 光催化性质的测定
• 2.2.5 气敏性质的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物的组成、形貌及结构的表征
• 2.3.2 形成机理的讨论
• 2.3.3 锡酸锌的光学性质
• 2.3.4 锡酸锌的光催化性质
• 2.3.5 锡酸锌的气敏性质
• 2.3.5.1 温度的影响
• 2.3.5.2 气敏元件的选择性
• 2.3.5.3 气敏元件的灵敏度
• 2.4 本章小结
• 2SnO₄-SnO2的合成及性质研究'>第三章 复合材料 Zn₂SnO₄-SnO2的合成及性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要表征仪器
• 3.2.3 合成实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.0 产物的组成、形貌及结构的表征
• 3.3.1 产物的光学性质
• 2SnO₄-SnO2异质复合材料的气敏性质'>3.3.2 Zn₂SnO₄-SnO2异质复合材料的气敏性质
• 3.3.2.1 温度的影响
• 3.3.2.2 气敏元件的选择性
• 3.3.2.3 气敏元件的灵敏度
• 3.3.2.3.1 煅烧时间对灵敏度的影响
• 3.3.2.3.2 煅烧温度对灵敏度的影响
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在读期间已发表和录用的论文
• 个人简历
• 致谢