陰離子型表面活性劑對ZnO微-納結構的形貌調控.pdf

1、ZnO作為一種新型多功能半導體材料，在氣體傳感器、壓電材料、光催化、太陽能電池等領域有著廣泛的應用前景。ZnO微/納米結構的性能在很大程度上取決于產品的尺寸和形貌。表面活性劑作為一種輔助添加劑，通過空間位阻效應、靜電穩(wěn)定機制等，可對溶液中的顆粒起到形貌調控和分散作用。其中，陰離子型表面活性劑在水溶液中能夠電離出負電荷單元，緊密吸附在ZnO晶體的Zn2+晶面，阻礙c軸方向的生長，對ZnO的形貌調控尤為顯著。本文采用簡單的一步水熱法，以常見

2、的鋅鹽和NaOH為原料，借助三種陰離子型表面活性劑，制備出分級結構的ZnO微/納米粉體，研究了晶體的生長機理，探究了幾種特殊形貌ZnO的光催化性能。本論文的主要研究內容如下:
　　(1)以ZnCl2和NaOH為原料，采用一步水熱法制備出形貌較好的花狀結構ZnO，利用XRD和FESEM對產品的結構和形貌進行表征。通過研究晶體生長過程中物相和形貌變化，分析得出該過程屬于“均勻溶液飽和析出”機制。當前驅體Zn(OH)42。溶液升溫至85

3、℃時，迅速分解釋放出大量Zn2+，瞬間達到ZnO成核的過飽和度，析出大量晶核粒子。為進一步降低體系能量，晶核之間發(fā)生定向聚集合并成更大的粒子，通過沿c軸方向極性生長，最終形成了花狀形貌。
　　(2)以Zn(Ac)2和NaOH為原料，采用一步水熱法制備出形貌新穎的麥穗狀結構ZnO。利用XRD和FESEM對產品的結構和形貌進行表征，并研究了其生長機理。該過程屬于“溶解-再結晶”機制。反應中首先形成中間體木板狀Zn(OH)2，隨后Zn(

4、OH)2溶解析出大量ZnO晶核。由于晶核小、表面能高且反應速度很快，晶核來不及向周圍擴散，即按照木板狀導向首尾相接，聚集排列降低體系的表面能。此后晶核粒子沿c軸方向極性生長，最終形成麥穗狀結構ZnO。
　　(3)研究了三種陰離子型表面活性劑(十二烷基硫酸鈉(SDS)、檸檬酸鈉和檸檬酸）對花狀ZnO的形貌調控。SDS的加入使花狀ZnO的花瓣由原來獨立分布的棒狀變成眾多納米棒豎直排列的簇狀體，在更高濃度下，花瓣中納米棒排列更加致密，形

5、成扁短狀的桃花形花瓣。檸檬酸鈉對花狀ZnO的形貌改性較弱，花狀ZnO的花瓣由頂端尖狀的納米棒變成直徑越來越小的六棱柱結構，又變成規(guī)則的六邊形平面。檸檬酸對花狀ZnO的形貌調控最為顯著，花狀ZnO經歷“菊花狀結構→片狀微球結構→實心球結構”變化。
　　(4)研究了三種陰離子型表面活性劑(SDS、檸檬酸鈉和檸檬酸)對麥穗狀ZnO的形貌調控。隨著表面活性劑的添加，麥穗狀結構逐漸遭到破壞。添加適量SDS后得到形貌完美的牡丹花狀ZnO;添加