鎵基氧化物-氫氧化物納米材料的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、作為一種重要的半導(dǎo)體材料，鎵基納米材料在光催化、發(fā)光、新型光電器件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。針對(duì)這些領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，人們對(duì)其合成方法、元素組成、形貌結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)等開(kāi)展了深入研究，并取得了巨大進(jìn)展。但由于鎵基納米材料的性能受到合成方法、表面和界面結(jié)構(gòu)、晶格缺陷等多方面的影響，很多問(wèn)題還有待解決。比如裸露晶面的催化活性不高，人們希望通過(guò)晶面控制，暴露高活性晶面來(lái)提高其光催化性質(zhì);通常以ZnGa2O4為基質(zhì)的發(fā)光材料是通過(guò)氣相法或者固相法制備

2、得到，在低溫下制備具有全彩色發(fā)光性能的ZnGa2O4基質(zhì)熒光材料將具有深遠(yuǎn)意義;如何探索利用鎵基納米材料優(yōu)異的物理化學(xué)性能與其他功能材料相結(jié)合制備出具有新型功能的復(fù)合材料;針對(duì)這些問(wèn)題我們對(duì)鎵基納米材料的制備、性能及構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了深入的探索和研究。
　　1.同時(shí)暴露{111}和{110}晶面的ZnGa2O4納米片的合成及光催化性質(zhì)研究
　　納米材料的晶面控制是制備高活性光催化劑的有效途徑，我們通過(guò)表面活性劑油酸鈉的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作

3、用，用簡(jiǎn)易的水熱法合成了一種立方晶系{111}晶面和{110}晶面同時(shí)暴露的ZnGa2O4單晶納米片。研究表明，無(wú)論是光催化產(chǎn)氫性能還是降解有機(jī)污染物性能，兩種晶面同時(shí)暴露的ZnGa2O4納米片顯著優(yōu)于另外兩種納米結(jié)構(gòu)的ZnGa2O4。DFT理論計(jì)算以及XPS價(jià)帶譜的測(cè)試結(jié)果表明:同時(shí)暴露兩種晶面的ZnGa2O4在兩種晶面的交界處形成“表面異質(zhì)結(jié)”，這種“表面異質(zhì)結(jié)”可以促進(jìn)光生電子和空穴的迅速遷移，在內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，光生電子向{11

4、0}晶面遷移，而光生空穴向{111}晶面遷移，從而有效分離電子空穴，實(shí)現(xiàn)高效的光催化活性。而且，同時(shí)暴露兩種晶面的ZnGa2O4在其兩個(gè)晶面上空穴有效質(zhì)量不同，可以有效克服空穴表面溢出效應(yīng)。因此，{111}晶面和{110}晶面同時(shí)暴露的ZnGa2O4納米片的光催化性能可以得到顯著提高。在本研究中，以一種典型光催化劑為例，通過(guò)表面調(diào)控有效改善了催化劑的光催化活性，為今后設(shè)計(jì)和制備高效光催化劑提供了一種新思路。
　　2.ZnGa2O4

5、納米花的制備及全彩色發(fā)光性質(zhì)研究
　　鎵酸鋅基發(fā)光材料的合成通常需要很高的溫度，尋找節(jié)能減排的低溫合成方法是目前亟需解決的問(wèn)題。我們采用通常所用的水熱法，在乙二胺的模板作用下，低溫合成了未摻雜(ZnGa2O4)、Mn2+摻雜(ZnGa2O4∶Mn2+)以及Cr3+摻雜(ZnGa2O4∶Cr3+)的鎵酸鋅基納米發(fā)光材料，這些發(fā)光材料由5μm大小的納米花組成，每個(gè)納米花又由6-10 nm的納米薄片級(jí)次結(jié)構(gòu)組成。通過(guò)熒光光譜和熒光壽命測(cè)

6、試發(fā)現(xiàn)在紫外光照下ZnGa2O4、ZnGa2O4∶Mn2+以及ZnGa2O4∶Cr3+分別通過(guò)自激發(fā)、Mn2+激發(fā)和Cr3+離子激發(fā)具有藍(lán)、綠、紅三基色發(fā)光性能，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)紫外光激發(fā)后在同一種發(fā)光基質(zhì)材料上獲得三基色的發(fā)光性能，由于表面效應(yīng)的影響，這些發(fā)光材料都具有兩個(gè)壽命。這些ZnGa2O4基質(zhì)納米材料有望在彩色顯示、生物成像以及白光器件等方面得到應(yīng)用。
　　3.有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米顆粒的制備及聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)性質(zhì)
　　

7、聚集誘導(dǎo)發(fā)光現(xiàn)象在生物醫(yī)學(xué)、熒光探針、生物傳感等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，成為人們的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。我們制備了一種先進(jìn)的AIE雜化顆粒體系，這種雜化體系是將帶有羧基基團(tuán)的水楊醛吖嗪發(fā)光分子(CA-SAA)連接到單分散的GaOOH納米立方塊顆粒上。CA-SAA/GaOOH雜化顆粒具有隨著加入的AIE分子CA-SAA的濃度變化粒度可調(diào)的性質(zhì)。有機(jī)發(fā)光分子和無(wú)機(jī)納米顆粒之間強(qiáng)烈的疏水作用驅(qū)動(dòng)有機(jī)分子在無(wú)機(jī)GaOOH納米顆粒表面發(fā)生聚集。這種AIE雜化體

8、系最大的特性是無(wú)機(jī)納米顆粒誘發(fā)聚集而避免了第二種溶劑的加入，避免了加入溶劑導(dǎo)致的離子化或者聚集松弛，從而更好的限制分子內(nèi)苯環(huán)的自由旋轉(zhuǎn)。與在混合溶劑中CA-SAA分子聚集誘導(dǎo)的AIE現(xiàn)象相比，這種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米顆粒的聚集誘導(dǎo)發(fā)光光譜發(fā)生藍(lán)移，量子產(chǎn)率顯著增加，可達(dá)25％，而CA-SAA在THF/H2O混合溶劑中聚集誘導(dǎo)發(fā)光的量子產(chǎn)量只有9％。這項(xiàng)研究表明無(wú)機(jī)納米顆粒同樣可以使一些AIE分子發(fā)生聚集誘導(dǎo)發(fā)光，表現(xiàn)出AIE特性，并有望在