ZnO多級納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、納米材料獨(dú)特和迷人的性能引發(fā)了科學(xué)家們巨大的探索動機(jī)。ZnO是多功能的半導(dǎo)體材料，由于具有獨(dú)特的光、電性能，已經(jīng)被廣泛的用在許多領(lǐng)域，例如，納米激光器、發(fā)光二極管、壓電納米發(fā)動機(jī)、表面聲波器件、透明的導(dǎo)電材料和太陽能電池等。同時，由于它的生物相容性、無毒、物理和化學(xué)穩(wěn)定性等，ZnO在構(gòu)建化學(xué)和生物傳感器上也是最有希望的材料之一。納米材料的性能與其形貌、尺寸和結(jié)晶性密切相關(guān)，因此，通過調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的形貌、微觀尺寸等，實(shí)現(xiàn)對材料性能的調(diào)控，

2、對進(jìn)一步開拓材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。由低維納米材料作為初級結(jié)構(gòu)單元組裝而成的多級結(jié)構(gòu)由于具有特殊形貌、尺寸和層次在諸多的應(yīng)用領(lǐng)域都顯示了優(yōu)化的性能，已經(jīng)受到了研究者們廣泛的關(guān)注。設(shè)計(jì)和制備具有特殊形貌、尺寸的多級結(jié)構(gòu)微/納米材料，并研究材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系是研究多級結(jié)構(gòu)納米材料的重要方向之一。本論文以檸檬酸鈉作為結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，采用簡單的一步溶液法，實(shí)現(xiàn)了ZnO納米材料的可控制備，提出了檸檬酸根離子對ZnO微納米結(jié)構(gòu)的控制形成機(jī)理，進(jìn)

3、而獲得了三維多級結(jié)構(gòu)的多孔空心ZnO微球，并實(shí)現(xiàn)了它們在生物傳感器上的應(yīng)用；最后，設(shè)計(jì)合成了具有三明治結(jié)構(gòu)的三維ZnO-石墨烯納米復(fù)合材料，并探討了該復(fù)合材料作為超級電容器電極材料的電化學(xué)性能，獲得了較好的結(jié)果。具體內(nèi)容如下：
　?。?）以溶液過程為基礎(chǔ)，選用檸檬酸鈉為結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，控制合成了ZnO微納米結(jié)構(gòu)，采用FESEM，TEM，XRD和FT-IR等手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，詳細(xì)考察了檸檬酸根離子對ZnO微納米結(jié)構(gòu)形成的影響，

4、研究結(jié)果表明，檸檬酸鈉的濃度對ZnO的形貌和晶體結(jié)構(gòu)有重要的影響?；谒玫膶?shí)驗(yàn)與表征結(jié)果，我們提出了檸檬酸根離子對ZnO微納米結(jié)構(gòu)的控制形成機(jī)理。
　?。?）在檸檬酸鈉的輔助下，控制合成了由低維的ZnO納米片組裝而成的具有三維多級結(jié)構(gòu)的多孔空心ZnO微球，采用FESEM，TEM，XRD和FT-IR等手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,揭示了產(chǎn)物的形貌和晶體結(jié)構(gòu)隨反應(yīng)時間的變化，在最佳的反應(yīng)條件下，獲得的多孔的ZnO空心微球的直徑約

5、為2-3μm，比表面積為117.36 m2 g?1，平均孔體積為0.50 cm3 g?1?；谘芯拷Y(jié)果，我們提出了多孔空心ZnO微球的形成機(jī)理。
　?。?）構(gòu)建了基于多孔空心 ZnO微球的葡萄糖生物傳感器。采用Au納米顆粒（AuNPs）修飾所合成的三維ZnO多級結(jié)構(gòu)，成功合成了AuNPs高密度且高度分散的Au-ZnO納米復(fù)合材料，以Au-ZnO納米復(fù)合材料作為基體固定葡萄糖氧化酶（GOD），構(gòu)建了一個具有生物相容性的、新型的葡萄糖

6、傳感器。由于Au-ZnO納米復(fù)合材料具有高的比表面積、良好的生物相容性以及快速的電荷轉(zhuǎn)移能力，因而獲得了GOD的直接的電荷轉(zhuǎn)移（DET）。所構(gòu)建的傳感器具有抗污染性能好、敏感性高、檢測限低和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
　　（4）采用生物相容性的Au-ZnO納米復(fù)合材料修飾玻碳電極（GCE），構(gòu)建了基于多孔空心ZnO微球的多巴胺（DA）生物傳感器。由于多級結(jié)構(gòu)的多孔ZnO所具有的高的比表面積以及AuNPs高的催化活性，所制備的多巴胺生物傳感器

7、顯示了高的靈敏性、低的檢測限和寬的線性范圍。
　?。?）采用三維 ZnO多級結(jié)構(gòu)作為傳感平臺，殼聚糖（CS）作為成膜材料，制備ZnO-CS修飾電極，將AuNPs均勻分散在ZnO-CS膜上，建立新型的、無標(biāo)記的DNA傳感器。由于電極表面的AuNPs/ZnO-CS膜具有較大的比表面積和較好的導(dǎo)電性，該傳感器顯示了明顯的信號放大和低的檢測限。
　　（6）發(fā)展了基于ZnO-石墨烯納米復(fù)合粒子的超級電容器。采用簡單的一步濕化學(xué)方法，在