金屬氧化物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控與性能表征.pdf

1、金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，且形貌、結(jié)構(gòu)、成分、晶體生長方向可控性強(qiáng)，因此在催化、氣體傳感器、太陽能電池等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。所以，設(shè)計出制備工藝簡單、成本低廉、環(huán)境友好型，且有高性能的環(huán)境催化材料和氣敏材料成為了研究的熱點(diǎn)。本文主要以金屬氧化物半導(dǎo)體材料的微觀結(jié)構(gòu)和組分調(diào)控為出發(fā)點(diǎn)，分別研究了單組分的二氧化鈦、氧化鐵、氧化鋅和雙組分的氧化鋅/氧化錫異質(zhì)結(jié)納米材料的制備工藝；并探索了上述納米材料對有機(jī)污染物羅丹

2、明B的光催化降解性能和對乙醇的氣體敏感特性；分析了光催化降解和氣敏特性的機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴選擇葡萄糖為碳源，采用水熱法制備出納米碳球模板。在180℃，9 h水熱反應(yīng)條件下，隨著葡萄糖濃度增加，制備碳球的尺寸逐漸增大。當(dāng)濃度為0.5 mol/L時，可以得到直徑約為394 nm的單分散、表面光滑的碳球，可以作為模板使用。將水熱反應(yīng)時間延長至12 h，碳球團(tuán)聚較為嚴(yán)重。結(jié)果表明水熱反應(yīng)的時間和葡萄糖濃度，可以調(diào)控碳球的粒

3、徑和分散性。⑵以納米碳球?yàn)槟０澹佀岫□殁佋矗苽涑龈吖獯呋阅艿募{米TiO2空心球。研究發(fā)現(xiàn)，改變鈦酸丁酯的添加量可以得到不同殼層厚度的TiO2空心球。鈦酸丁酯量為1.0 mL時，得到殼層厚度為25 nm的TiO2空心球，其光催化降解速率常數(shù)為0.1539 min-1；鈦酸丁酯為2.0 mL時，殼層厚度增加到35 nm，光催化降解速率常數(shù)減小為0.0861 min-1。表明TiO2空心球殼層厚度的增加會導(dǎo)致光催化性能的降低。⑶使用濕

4、化學(xué)方法(模板法和水熱法)實(shí)現(xiàn)了對α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)的控制，研究了其形貌對α-Fe2O3氣敏性能的影響。利用模板法得到直徑約為300 nm的α-Fe2O3空心球，在300℃下對100 ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度為14.8，響應(yīng)與恢復(fù)時間為6 s/21 s；采用水熱法制備出α-Fe2O3紡錘體和顆粒，對乙醇的靈敏度分別為6.1和4.2，響應(yīng)與恢復(fù)時間分別為13 s/25 s和25 s/32 s；與α-Fe2O3紡錘體和顆粒相比，空心結(jié)構(gòu)的

5、納米α-Fe2O3具有更高的氣敏性能。⑷采用模板法實(shí)現(xiàn)了對ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌的調(diào)控，制備出ZnO納米空心球和納米棒。和納米棒相比，ZnO空心球殼有更加優(yōu)異的光催化降解能力。醋酸鋅為0.057 mol/L時，產(chǎn)物主要是粒徑為30 nm的顆粒，在50 min時，光催化降解效率為92.51％；醋酸鋅為0.171 mol/L時，得到直徑為180 nm的ZnO空心球，在50 min時光催化降解效率為99.43%，降解速率常數(shù)為0.097 min-

6、1，醋酸鋅的濃度增加到0.285 mol/L時，得到ZnO產(chǎn)物為空心球殼和納米棒的混合物，在50 min時光催化降解效率為91.72%。結(jié)果表明改變醋酸鋅的量可以對產(chǎn)物的形貌進(jìn)行調(diào)控，其中空心結(jié)構(gòu)的納米ZnO具有更高的光催化性能。⑸采用模板法制備出具有優(yōu)異光催化性能和氣敏性能的ZnO-SnO2納米異質(zhì)結(jié)。當(dāng)碳球?yàn)?.2 g，醋酸鋅和四氯化錫濃度為0.057 mol/L、0.036 mol/L時，得到直徑為180 nm的ZnO-SnO2空