ZnO微-納米材料的合成及性能研究.pdf

1、近幾十年來(lái),ZnO作為一種直接寬帶隙(3.37 eV)的Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料,由于其獨(dú)特的壓電和光電性能吸引越來(lái)越大的研究興趣。目前,ZnO被廣泛地應(yīng)用在電學(xué)、光學(xué)和磁等領(lǐng)域,如透明電子、壓電器件、太陽(yáng)能電池、自旋電子設(shè)備和化學(xué)傳感器。在水處理工藝中, ZnO由于其成本低、制備方法簡(jiǎn)單成為一個(gè)有應(yīng)用前景的光催化劑。但是,僅吸收太陽(yáng)光中的紫外光(5％)極大地限制了 ZnO材料的實(shí)際應(yīng)用。本文通過(guò)簡(jiǎn)單的溶液方法制備了具有缺陷的 ZnO微/納米

2、材料和Mn:ZnO稀磁半導(dǎo)體。研究了在紫外光和可見(jiàn)光照射下對(duì)MB的光催化活性。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　1、通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法,于180℃、10 h條件下合成ZnC2O4前驅(qū)體,高溫煅燒得到具有可控氧缺陷的ZnO微/納米晶體。ZnO微/納米晶體的尺寸和表面缺陷隨著水/乙醇體積比的增加而增加,但樣品的BET比面積逐漸減少。室溫?zé)晒夤庾V表明,樣品的表面缺陷類(lèi)型和濃度有明顯差別。另外,ZnO微/納米晶體的光催化活性主要依賴(lài)于表面缺陷濃

3、度;具有較高表面缺陷的樣品展現(xiàn)出對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)較高的光催化活性。
　　2、我們報(bào)道了一種通過(guò)Zn(OH)F前驅(qū)體,大量合成窄帶隙(Eg=3.09 eV)、具有可見(jiàn)光響應(yīng)的黃色ZnO微米環(huán)的有效方法。拉曼和XPS光譜顯示黃色ZnO晶體中含有大量的氧缺陷,并且氧缺陷的濃度隨在空氣中煅燒溫度的升高而減少。氧缺陷導(dǎo)致黃色ZnO帶隙變窄并增強(qiáng)其可將光響應(yīng)。電子順磁共振(EPR)譜證實(shí)黃色ZnO中存在著豐富的表面缺陷,由此導(dǎo)致了較強(qiáng)的熒光

4、發(fā)射。可以發(fā)現(xiàn)黃色ZnO晶體在可將光照射下有效地對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的光催化降解。值得一提的是黃色的ZnO環(huán)可以穩(wěn)定存在至少一年。
　　3、通過(guò)水熱法合成具有較好結(jié)晶度的Zn1-xMnxO環(huán)。結(jié)構(gòu)表征顯示,Mn2+進(jìn)入ZnO晶格中并且沒(méi)有任何第二相的存在。SEM圖表明樣品是有著納米孔的微米環(huán)狀;從XRD圖可以發(fā)現(xiàn),在Mn摻雜濃度低于3at%時(shí)沒(méi)有二相存在。PL光譜顯示Mn2+的引入導(dǎo)致熒光猝滅。SQUID結(jié)果顯示不摻雜的 ZnO展現(xiàn)