ZnO納米材料的水熱法制備及其光催化性能研究.pdf

1、ZnO納米材料尤其是一維ZnO納米材料憑借其獨(dú)特而優(yōu)良的光電性能而受到人們廣泛關(guān)注,其中一維ZnO納米柱材料因具有高效的電子遷移能力,較高的比表面積及獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)而成為光、電領(lǐng)域近幾年的研究熱點(diǎn)。在眾多合成方法中,水熱法因具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉且環(huán)境友好的特點(diǎn)而被認(rèn)為是納米ZnO的理想合成方法,但對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚不統(tǒng)一。雖然很多課題組對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了大量研究,但對(duì)此問(wèn)題的認(rèn)識(shí)至今仍存在爭(zhēng)議,這嚴(yán)重制約了ZnO納米材料的進(jìn)一步發(fā)展和

2、應(yīng)用。本文利用兩步水熱方法合成了具有不同結(jié)構(gòu)的ZnO納米柱材料并對(duì)不同因素對(duì)ZnO納米柱材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究,影響因素主要包括種子層影響及水熱條件影響兩方面,即種子層生長(zhǎng)方法、提拉次數(shù)、退火條件及水熱溫度、水熱時(shí)間、反應(yīng)物濃度和濃度比等。不同水熱條件制備得到的ZnO納米結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要由掃描電子顯微鏡完成,相應(yīng)樣品的晶體質(zhì)量及光學(xué)性能測(cè)試分別利用X射線衍射儀和紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)完成。在此基礎(chǔ)上,本文還對(duì)水熱條件下ZnO納

3、米柱的水熱生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用水熱法通過(guò)反應(yīng)條件的改變可以實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的制備,雖然影響納米ZnO水熱合成的因素很多,但本質(zhì)上可將其歸結(jié)為對(duì)晶體成核勢(shì)壘高低及溶液過(guò)飽和度大小兩方面影響。種子層主要影響ZnO晶體成核勢(shì)壘,提拉次數(shù)及退火溫度的提高將使成核勢(shì)壘降低,有利于ITO襯底上納米柱陣列的形成;水熱過(guò)程中,反應(yīng)物濃度、時(shí)間等因素將影響溶液過(guò)飽和度,并最終對(duì)其納米柱直徑及取向程度產(chǎn)生較大影響,適當(dāng)?shù)倪^(guò)飽和度

4、的增加易于取向良好的ZnO納米柱陣列的制備。反之,則容易形成ZnO納米線或塊狀物。
　　另外,針對(duì)ZnO納米顆粒光催化后難于回收及太陽(yáng)光紫外成分含量較少的現(xiàn)實(shí),本文還在模擬太陽(yáng)光的條件下對(duì)不同條件下制得的ZnO納米柱材料光催化性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用光源為用于實(shí)驗(yàn)室模擬太陽(yáng)光的氙燈光源,不同結(jié)構(gòu)的ZnO納米柱的光催化性能主要是通過(guò)對(duì)不同水熱條件制備得到的ZnO納米材料對(duì)甲基橙水溶液的光催化降解情況研究實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Z