半導體光催化聚合制備新型無機-聚合物納米復合光電導材料.pdf

1、隨著科學技術的進步,特別是在傳感、探測、預警等領域對光電導材料提出了更高的要求。研究納米無機半導體-聚合物復合光電導材料是當前國際上光電材料科學研究的前沿與熱點之一。目前,這類材料主要是以PVK為主體的摻雜體系。雖然報道的納米半導體摻雜粒子種類很多,如CdS、CdSe、TiO2、SiO2、ZnS等,但這類光電導復合材料的制備方法比較單一,用的最多的是納米微粒直接分散法和納米微粒原位生成法。前者一般會造成納米粒子的團聚;后者對反應前驅體或

2、反應物有特定的要求,能用這種方法合成納米無機半導體的種類非常有限,目前報道的僅有含硫半導體。另外,這兩種方法在制備過程中,由于納米半導體與聚合物之間只是物理接觸,復合材料的界面性質得不到改善。而納米半導體光催化聚合由于納米粒子直接參與了引發(fā)聚合過程,粒子與聚合物之間存在化學作用,界面性質會得到改善,利于提高復合材料的光電導性能。
　　 在本文的研究工作里,選用光電性能和光催化性能都比較好的納米ZnO半導體作摻雜體,利用半導體光催

3、化聚合制備了新型的無機-聚合物納米復合光電導材料。主要研究內容和結果如下:
　　 1、采用溶膠-凝膠(Sol-Gel)法制備了單分散、大小均一的ZnO納米粒子。XRD結果表明,ZnO粒子為六角晶系纖鋅礦晶型。
　　 2、首次實現(xiàn)了納米ZnO半導體光引發(fā)聚合N-乙烯基咔唑,并且是首次制備ZnO-PVK納米復合光電導材料。TEM結果顯示,納米ZnO粒子均勻分散在PVK基體中,解決了傳統(tǒng)方法制備無機-聚合物納米復合材料出現(xiàn)的粒

4、子團聚問題。
　　 3、通過穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熒光分析,對比同濃度的純PVK,發(fā)現(xiàn)ZnO-PVK納米復合材料的熒光發(fā)射強度減弱,熒光壽命變短。說明在ZnO與PVK的界面處發(fā)生了光誘導的電荷轉移。
　　 4、半導體光催化聚合制備的ZnO-PVK納米復合材料的光電導性能好于普通自由基聚合的復合材料。這是因為ZnO與PVK的界面性質得到改善,促進了光致電荷轉移的發(fā)生,從而提高了光生空穴和電子的分離效率。
　　 5、ESR結果表

5、明,在光催化聚合過程中,ZnO與PVK之間的光致電荷轉移不可逆,致使PVK咔唑環(huán)被氧化,ZnO粒子被還原。XPS結果顯示,氧化還原發(fā)生在納米氧化鋅的表面O原子與PVK的N原子之間,在ZnO與PVK的界面處形成了N-O鍵。納米半導體光催化聚合制備的復合材料具有的這種獨特的界面性質使材料光電導性能得以提升。
　　 6、光電導器件結構中,在ITO與ZnO-PVK層之間增加ZnO層可以改善電子和空穴的傳輸不平衡性,大幅度提高器件的光電導