ZnO基微/纳米异质结构的制备及其光学性能

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本文通过较为简单方便的方法合成了ZnO/CdS异质结构的多孔空心微球、CdS/ZnO核壳结构量子点、ZnO/ZnMgO异质结构有孔棱柱,并利用X-射线衍射(XRD)、差热-热重(TG-DTA)、X光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、电子共振顺磁波谱(EPR)以及荧光光谱(PL)等手段对所得材料的结构、形貌以及光学性能等方面进行了表征,所得结果如下:采用直接空气氧化法合成了ZnO/CdS异质结构的多孔空心微球。该微球的平均直径在3μm左右,其表面粒径为100-300 nm的微粒所组成。该微粒为ZnO和CdS以原子层的形式交替生长,形成的自组装异质结构。该结构在200-540 nm的波长范围内具有良好的吸收性能,并在400 nm波长的激发下产生主峰位于530 nm的很强的黄绿光发射。通过较为简单的溶胶-凝胶法制备出ZnO、CdS和CdS/ZnO核壳结构量子点的前驱体,经空气气氛下高温处理后得到了ZnO壳厚度在10 nm左右的CdS/ZnO核壳结构。ZnO壳与CdS核之间并没有形成明显的晶界,仅通过一层过渡层相连。发现CdS/ZnO核壳结构的光学带宽与ZnO和CdS相比有明显的收缩。同时,激发和发射光谱与ZnO和CdS相比都产生了明显的变化,同时还大大提高了红光发射强度。在1000℃空气气氛下,通过直接氧化商品ZnS和MgCl2粉末得到了ZnO/ZnMgO异质结构有孔棱柱。发现ZnMgO异质结构引入之后会导致紫外吸收曲线在~400 nm处呈现出另一个新的紫外吸收峰。随着烧结温度的提高,400 nm的吸收带越发明显,紫外吸收边也产生明显的蓝移。此外,在激发光谱中还发现,除了ZnO本征激发带外,该激发曲线还显示出一个主峰位于~390 nm的新激发带。随着烧结温度的提高,该激发带也越发明显,发射光谱也产生明显的蓝移,同时还大大提高了发光强度。
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