氧化鋅納米結構的制備及光學、磁學、光催化性質研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種重要的直接帶隙半導體材料，禁帶寬度3.37eV,激子束縛能60meV。由于其寬的帶隙、高的激子束縛能、優(yōu)良的壓電性質、大的比表面積和作為半導體的特點，納米氧化鋅在紫外激光器件、光電探測器、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等領域具有廣闊的應用前景。研究表明，氧化鋅納米結構的性質隨相應的制備方法、實驗條件表現出很大的差異性。本文重點關注氧化鋅納米結構光致發(fā)光、光催化和磁學性質的探討，并通過相應的實驗手段分析了其微觀機理，取

2、得了如下重要的實驗結果。
　　 1、在ZnO納米晶中引入缺陷發(fā)光中心是制備強的可見光發(fā)光ZnO納米材料的關鍵?？紤]到Mg2+和Zn2+離子半徑比較接近和ZnO兩性化合物的特點，我們采用共沉淀法在低溫條件下制備了Mg摻雜ZnO納米晶并系統(tǒng)地研究了Mg摻雜對ZnO納米晶結構、形貌和光致發(fā)光性質的影響。實驗發(fā)現Mg摻雜增強了ZnO納米晶的綠光發(fā)光，當Mg摻雜濃度為20％時，納米晶的量子產率達到了22.8％。EPR、XRD、Uv-Vis

3、等實驗數據表明Mg摻雜在ZnO納米晶中引入了鋅空位(Vzn)和鎂填隙(IMg)缺陷，理論分析表明，ZnO納米晶強的可見光發(fā)光來自電子在對應缺陷能級和ZnO價帶間的躍遷。
　　 2、ZnO納米顆粒的磁學性質隨制備條件表現出很大的差異性。為探究缺陷對ZnO納米顆粒磁學性質的影響，我們采用共沉淀法制備了純的和不同摻雜比例的Mg、Co摻雜ZnO納米顆粒，對其做了不同條件的退火處理，探究了摻雜比例、退火條件對其磁學性質的影響。實驗發(fā)現純的

4、、Mg摻雜的ZnO納米顆粒表現出弱的鐵磁性，而Co摻雜和Mg、Co共摻雜的ZnO納米顆粒卻表現出順磁性，氮氣條件退火后的Mg摻雜ZnO納米顆粒表現出較強的鐵磁性。理論分析表明，ZnO納米顆粒的鐵磁性與氧缺陷有關，C02+離子3d電子的非鐵磁性交換相互作用強于該實驗體系下鋅空位、氧空位等缺陷鐵磁性交換作用。
　　 3、大的比表面積、少的表面基團是提高ZnO光催化活性的要點，為此我們探索采用簡易的煅燒法制備了ZnO納米顆粒并探究了煅