ZnO微-納米結(jié)構(gòu)的液相合成及其形成機理研究.pdf

1、ZnO是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是非常具有潛力的光催化劑、壓電光電納米材料，成為近些年人們研究的熱點。關(guān)于ZnO控制合成的報道層出不窮，而大多采用添加劑、模板劑、引導(dǎo)劑等得到不同形貌的納米ZnO，或摻入過渡金屬來改變ZnO納米材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。然而，這些制備方法對設(shè)備要求較高、操作復(fù)雜、反應(yīng)時間長等，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，從而制約了ZnO的推廣應(yīng)用。本論文采用工藝簡單、綠色無污染的低溫水溶液法，選擇常見的鋅鹽和氫氧化鈉為原料，在短時間內(nèi)

2、制備出不同結(jié)構(gòu)和形貌的ZnO，并進一步探究了其形成機理。
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)三維ZnO微/納米結(jié)構(gòu)的控制合成及形成機理研究
　　以Zn(Ac)2和NaOH為原料，采用一步恒溫陳化法制得了三維麥穗狀ZnO，確定了其最佳合成條件:初始Zn2+濃度0.2M，鋅堿摩爾比[Zn2+]∶[OH-]=1∶6～1∶7，85℃恒溫陳化30min。相同條件下，以Zn(NO3)2、ZnCl2和ZnSO4為原料均制得三

3、維花狀ZnO，其最佳合成條件為:初始Zn2+濃度0.2M，鋅堿摩爾比為1∶6～1∶7，85℃恒溫陳化1h。研究了花狀ZnO和麥穗狀ZnO的形成過程，確定了其生長機理。在花狀ZnO的形成過程中，反應(yīng)先生成一種中間體——木板狀Zn(OH)2，然后經(jīng)歷了由Zn(OH)2到ZnO的“溶解-再結(jié)晶”機制。由于該體系反應(yīng)速度快，ZnO爆發(fā)性成核，瞬間析出的大量晶核通過頻繁的碰撞、聚集，發(fā)生二次成核，形成具有極性的放射狀微小顆粒，二次晶核中每個單獨的

4、晶核再沿著各自的c軸方向取向生長，最終長成了呈放射狀的花狀形貌。在麥穗狀ZnO的形成過程中，由于CH3COO-的存在大大加快了反應(yīng)速度，中間體Zn(OH)2只瞬間存在，晶體生長基本遵循“均勻溶液飽和析出”機制。與花狀ZnO的形成相似，析出的大量晶核首先聚集發(fā)生二次成核，形成具有極性的放射狀晶核，二次晶核繼續(xù)首尾相接，定向聚集生長，最終形成了呈串狀的麥穗狀ZnO。
　　(2)一維ZnO微/納米結(jié)構(gòu)的控制合成及形成機理研究
　　

5、以Zn(Ac)2和NaOH為原料，采用兩步恒溫陳化法制得了一維棒狀ZnO，確定了其最佳合成條件:初始Zn2+濃度0.2M，鋅堿摩爾比[Zn2+]∶[OH-]=1∶5～1∶7，85℃恒溫陳化5h。以ZnCl2和Zn(NO3)2為鋅源均能制得一維棒狀ZnO，但溶液堿度和陳化溫度略有不同。而以ZnSO4為原料卻不能得到ZnO晶體。
　　研究了一維棒狀ZnO的形成過程，反應(yīng)液經(jīng)室溫預(yù)攪拌后生成一種中間體Zn(OH)2，而后經(jīng)歷了Zn(OH