氧化鋅—石墨烯雜化材料的性能和機(jī)理研究.pdf

1、本文采用X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)技術(shù)（XAFS:包括EXAFS和XANES兩種方法），并結(jié)合透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究了石墨烯(graphene)調(diào)控氧化鋅(ZnO)基半導(dǎo)體納米材料的磁學(xué)性能及光催化性能的內(nèi)在機(jī)理。采用類溶膠凝膠法分別合成了過渡金屬鈷摻氧化鋅量子點(diǎn)(Zn0.98Co0.02O)與石墨烯的復(fù)合材料Zn0.98Co0.02O/RGO以及氧化鋅

2、納米晶與石墨烯的復(fù)合材料ZnO/RGO。詳細(xì)的理論及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Zn0.98Co0.02O和RGO間電子相互作用產(chǎn)生的CoZn+Vo復(fù)合體是決定Co2+之間具有室溫鐵磁耦合的關(guān)鍵因素;氧空位和RGO對(duì)光生電子的協(xié)同俘獲作用導(dǎo)致ZnO/RGO的光催化效率較ZnO提高了～10倍。
　　1.利用石墨烯調(diào)控Co摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體的磁學(xué)性質(zhì)采用XAFS技術(shù)與密度泛函理論方法(DFT)系統(tǒng)地研究了Zn0.98Co0.02O量子點(diǎn)與石墨烯不

3、同復(fù)合納米材料的電子結(jié)構(gòu)、局域結(jié)構(gòu)及磁學(xué)特性。EXAFS結(jié)果說明所制備樣品中磁性摻雜Co2+占據(jù)Zn替代位(CoZn)。UV-Vis譜、Raman譜及EPR譜表明Zn0.98Co0.02O與石墨烯之間存在劇烈的電子相互作用，并導(dǎo)致大量氧空位(Vo)產(chǎn)生。使用VASP（維也納從頭計(jì)算軟件包）的計(jì)算結(jié)果和XANES技術(shù)表明，Vo選擇性地存在于CoZn的最近鄰并形成CoZn+Vo復(fù)合體。CoZn+Vo復(fù)合體拓寬了Co2+空t2g↓少數(shù)態(tài)，在導(dǎo)

4、帶底引入雜質(zhì)能級(jí)t2g↓-Vo，最終導(dǎo)致Co摻雜ZnO與RGO雜化結(jié)構(gòu)中Co2+間的室溫鐵磁相互作用。
　　2.利用石墨烯調(diào)控ZnO基光催化材料的光催化降解活性采用一步法制備了還原氧化石墨烯(RGO)包覆ZnO納米顆粒(NPs)的準(zhǔn)核殼結(jié)構(gòu)ZnO/RGO光催化復(fù)合材料。透射電鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)表明ZnO/RGO是由纖鋅礦ZnO和石墨烯組成，且石墨烯包覆了顆粒尺寸約為6nm的ZnO。XPS和Raman結(jié)果說明準(zhǔn)核殼結(jié)