【摘 要】
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纳米材料的形貌对其性能有重要的影响,特殊形貌的纳米材料因其结构和尺寸上的优势,使其在许多方面表现出不同于常规块体材料的独特性能,成为当前材料科学领域的研究热点。Co3
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纳米材料的形貌对其性能有重要的影响,特殊形貌的纳米材料因其结构和尺寸上的优势,使其在许多方面表现出不同于常规块体材料的独特性能,成为当前材料科学领域的研究热点。Co3O4和ZnO作为两种重要的金属氧化物半导体功能材料,在气体传感器、光催化、电极材料等领域有重要的应用。本课题采用水热/水浴法,在无模板剂、表面活性剂和晶种引入等情况下,在基底上成功制备了具有特殊形貌的Co3O4和ZnO纳米材料,并研究了它们在光催化和气敏等方面的性能,主要研究内容和结果如下:（1）采用水热法,以硝酸钴为钻源,在导电玻璃（ITO）和气敏陶瓷管（CT）上成功生长了顶端尖锐、直径约100nm的Co3O4锥状纤维阵列（Co304-FAs）,其高的表面体积比和良好的取向性增强了 Co3O4-FAs的性能,使其具有显著的法拉第电容特性和光催化活性。同时,直接基于CT生长的Co3O4-FAs对C2H5OH气体有较高的灵敏度和选择性,其灵敏度分别是涂覆法制备的粉体Co3O4-FAs和普通Co304气敏元件的1.5倍和4倍。（2）采用水热法,以硫酸钴为钴源,在ITO和CT上制备了由4-5μm的纳米针状纤维自组装的10-12μm大小的海胆状Co3O4（Co3O4-UCs）,辐射状的开放结构使Co3O4-UCs具有大的比表面积（79.99m2/g）,同时有利于电子的收集和传输,使Co3O4-UCs的光催化效率和气敏灵敏度分别是普通Co3O4粉体的1.3倍和5.7倍,在光催化和气敏方面表现出了更突出的性能。（3）采用水热法在ITO和CT上制备了由纳米片组装的多孔结构的菱柱状ZnO阵列（ZnO-RRs）,因其结构的特殊性以及F-的掺杂,使ZnO-RRs的紫外光催化活性较粉体样品显著提高。气敏测试显示,ZnO-RRs对CH3COCH3气体有很高的灵敏度和选择性,当气体浓度为1000ppm时,其灵敏度高达113.15,且响应时间短、稳定性高。（4）采用水浴法合成了六角花状结构的ZnO（ZnO-FLs）,并进行了纳米Au（ZnO-AFLs）负载的研究。结果表明,纳米Au的负载增强了 ZnO-FLs的光催化活性和气敏性能,负载Au后其紫外光催化效率提高了 4倍,对1000ppm CH3COCH3气体的灵敏度高达153,是相应ZnO-FLs的2.25倍,同时响应时间仅有 0.83s。
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