ZnO/SnO<,2>微纳米结构的合成与表征

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ZnO、SnO2作为优异的宽禁带半导体材料,在光电领域的应用前景非常广泛,已经成为近年来研究的热点之一。在本论文中,采用化学气相沉积法分别以Sn粉、Zn粉和Sn/Zn混合粉为源材料制备出形貌各异的ZnO、SnO2等微米、纳米结构。通过X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、荧光分光光度计(PL)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)等技术手段表征各产物的晶体结构、形貌、成分和性质。通过对表征结果的分析,进一步对所得部分样品的生长机理作了一定的探讨。本文的主要内容和创新点如下:   1.以Zn粉为源材料,O2为反应气体,在不镀金衬底上制备了新颖的中空刺梨状ZnO、花状Zn-ZnO和部分中空的Zn-ZnO微纳米结构。实验结果表明在降温过程中氧气是形成纳米结构(纳米针和纳米线)的关键因素,且较低温度适合纳米结构的纵向生长。PL结果表明在中空刺梨状ZnO和花状Zn-ZnO微纳米结构中存在大量与氧空位相关的缺陷。光催化结果表明:在太阳光照射下,花状Zn-ZnO结构对罗丹明B溶液具有不错的光降解效果。产物的生长机理主要由三个阶段组成:形成Zn多面体,表面氧化,中空结构的形成和纳米结构(纳米针和纳米线)的生长,中空结构的形成归因于Zn多面体的蒸发。另外,以镀金硅片为衬底,在高温区域制备了ZnO微米线、微米棒、微米花等结构。光催化结果表明:两花状结构对罗丹明B溶液具有很好的光降解作用,且花状结构1比花状结构2有更好的光催化效果。   2.以Sn粉为源材料在不同实验条件下制备了四种不同形貌的SnO2微纳米结构:纳米线、纳米棒、纳米花和亚微米环。通过调整试验参数,对源材料的量、载气中的氧流量、衬底和衬底温度等实验条件与形貌之间的关系进行了定性分析,并得到如下结论。其一,氧气的流量是一维SnO2纳米结构径向生长的关键因素;另外,低温促进一维SnO2纳米结构的纵向生长。同时在此基础上对各产物的生长机理进行了初步探讨,其结果如下:准一维SnO2纳米结构遵循气-液-固生长机理,亚微米环遵循自调整机理。   3.以Zn粉和Sn粉为源材料,O2为反应气体,镀金硅片为衬底通过化学气相沉积法在不同的温度区域制备了锌锡氧化物纳米线(Zn2SnO4)和不同形貌的ZnO/SnO2异质结构(齿状、枝状分等级和包覆)。通过对XRD和EDS的分析,认为合成的产物为ZnO/SnO2异质结构。齿状ZnO/SnO2异质结构的PL结果表明:在37.nm处出现ZnO的带边发光峰,归因于自由激子的复合:在40.nm处出现未名小峰,在50.nm处出现的缺陷发光峰发生了红移现象;另外,在齿状ZnO/SnO2异质结构中存在大量与氧空位相关的缺陷。
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