水热法制备ZnO形貌调控及其光学和光催化性能的研究

来源 :江西科技师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:janbchang
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氧化锌(ZnO)作为一种新型半导体材料,具有较高的禁带宽度,禁带宽度达到3.37eV。同时这种材料具有优良的光学性能,激子束缚能达到60 meV,被广泛应用在短波长发光器件、压电传感器、透明导电极、太阳能电池、光催化等领域。通过控制合成氧化锌所需前驱体的选择以及用量,可以从微观结构中改变氧化锌纳米粉体的形貌,例如颗粒大小、缺陷分布、比表面积等,而这些因素可以在一定程度上提高氧化锌的物理化学性能。基于这一点,在材料生长的过程中,对其结构、组分、形状、尺度和位置进行控制生长,能够实现对其性能进行设计、选择组装,对其各种功能的开发应用有着重要的价值。本文以水热法为合成手段,通过选用合适的模板剂配置反应前驱体溶液,重点对氧化锌纳米结构进行调控,合成了多种形貌新颖的氧化锌微纳米结构,并同时对其光催化,荧光光谱等一系列性质进行了研究探讨。主要研究结果有:(1)通过一个简单的水热方法,即在氢氧化钠溶液中采用氯化锌作为锌源,以酒石酸作为一种模板剂,合成了多种形貌丰富的花状结构。X射线衍射谱显示所制得的ZnO为纯的六方纤锌矿结构。扫描电子显微镜的图像表明酒石酸为模板剂制得了花状氧化锌,且实验过程中通过改变酒石酸与锌离子比例(TA:Zn2+)可以实现对花状结构的微观调控。以甲基蓝为染色剂对所制得的氧化锌结构进行光催化降解测试,同时使用荧光光谱仪对所得样品的光致发光性能评估,结果得出不同比例下所得样品的表面氧空位与其光催化降解速率呈明显正相关。(2)以水杨酸为模版剂使用温和的水热合成手段制备了纤锌矿氧化锌分层结构,本节中改变了模板剂的使用用量,其中在模板剂水杨酸的用量为18mmol的样品中同时合成了四种不同的氧化锌纳米结构。通过扫描电子显微镜观察到花状氧化锌的花瓣主要有单个纳米棒、多个纳米棒、纳米簇、纳米束等组成。根据单个纳米棒的尖端形貌不同主要发现存在的有蜡烛状、竹子状、塔状、金字塔状、六棱尖、铅笔尖状等形貌。PL显示了两个可调的波长565nm和542nm。拉曼结果显示所有的样品存在相同的拉曼峰值,随着SA用量的增加,不同样品441cm-1处的峰值增加。随着SA的增加,花状结构的纳米棒增多,同时导致了光催化能力的增强。(3)同时以脲和联氨为碱源,采用水热合成法制备了不同花状纳米结构氧化锌,合成了一种由超薄片状、空心球状、球状和苹果状构成的超大花状氧化锌结构。一个独立花状球的直径可以达到90μm。其间,在相同的反应条件下会有3-5个具有不同直径,长度,尖端(平坦、类金字塔或金字塔状)的花状结构出现,XRD显示所有的氧化锌晶体具有六方纤锌矿结构,S1到S5晶体的结晶性逐渐增加。红外结果显示S4,S5较为纯净,然而,S1,S2,S3的表面吸附了CO3-基团。S1和S5具有较高的催化性能,在50分钟内能分别降解65%和70%MB溶液。
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