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氧化物半导体材料的性能与其形貌、结构密切相关,具有特定形貌和结构的纳米材料显示出优异的光、电及光催化等性能。水热法和溶剂热法可合成不同形貌和结晶性能良好纳米结构,在纳米材料的研究领域具有广泛的应用前景。本文选取ZnO和SnO2及其掺杂体系,采用水热法和溶剂热法合成了具有不同形貌的纳米结构。
对于ZnO及其掺杂体系,主要包括以下三个方面的研究内容。1.选用(NH4)2CO3为沉淀剂,在无水乙醇和水混合溶剂的反应介质中,水热条件下分解Zn4CO3(OH)6·H2O前驱体,合成具有不同纳米结构的ZnO。采用XRD和Raman手段研究产物的晶相;通过FESEM和TEM等手段观察合成产物形貌,并讨论一维棒状的取向生长方向;采用光致发光谱(PL)来表征合成产物的发光性能,PL谱中包含紫外和可见光区的发射峰。2.选取了Y3+和Tb3+对ZnO进行掺杂改性,采用水热和后期煅烧相结合的方法,合成了具有纳米片状Y3+-ZnO和由纳米管组装成的分级结构Tb3+-ZnO;与ZnO相比,Y3+和Tb3+掺杂ZnO纳米结构的Raman光谱发生了很大变化,仅E2(high)模式可见;探讨了Y3+和Tb3+掺杂ZnO纳米结构的发光性能,掺杂离子的引入改变了原有的能级结构,从而导致了发光性能的变化。3.以无水乙醇作为溶剂,采用溶剂热和后期煅烧的方法合成了La3+-ZnO纳米线,采用XRD、XPS和Raman光谱进行表征,结果表明,La3+成功掺入ZnO晶格;掺杂离子的引入改变了能级结构,从而引起了Raman光谱和PL光谱的变化;讨论了不同掺杂浓度对La3+-ZnO纳米线光催化性能影响,实验结果表明,不同掺杂浓度La3+-ZnO纳米线对RhB水溶液具有不同的光催化效率,当La3+掺杂浓度为2 at%时,具有最佳的光催化性能。
对于SnO2及其掺杂体系,主要包括以下三个方面的研究内容。1.采用水热法,分别在CTAB和PEG与PAM组合表面活性剂体系条件下合成SnO2纳米粒子和纳米类空心球状结构,采用Raman光谱进行表征,发现Eg、A1g和B2g峰位向低波长方向偏移并发生宽化;采用FESEM和TEM对合成纳米类空心球状结构进行观察,表明该结构由一维纳米棒组装而成;实验中对两种不同纳米结构进行气敏性能测试,对比结果表明,具有类空心球状结构SnO2对100 ppm乙醇反应的灵敏度为14.2,具有优异的气敏性能。2.选取Zn2+掺杂SnO2改性,确定掺杂浓度为Sn4+/Zn2+为6,以乙二胺、无水乙醇和去离子水混合溶剂作为反应介质,合成具有不同形貌的Zn2+-SnO2分级结构,采用XRD、XPS和Raman光谱进行表征,结果表明,Zn2+成功掺入SnO2晶格;通过TEM和FESEM形貌观察,探讨矿化剂NaOH加入量对Zn2+-SnO2分级结构的影响,结果表明,随着NaOH加入量引起了分级结构由海参状向海胆状变化,进一步提高加入量,获得纳米花状的分级结构;探讨获得不同分级结构对光催化性能的影响,结果表明,海胆状结构具有最佳的光催化性能。3.改变反应介质,分别以无水乙醇和去离子水混合溶剂和去离子水为反应介质,重点研究了NaOH的加入量对合成产物分级结构的影响,实验中在无表面活性、去离子水为反应介质剂条件下,获得两种重要的分级结构,具有树叶状组装而成的立方空心块状结构,其组成次单元为纳米锥,和由类交叉枝状组装而成的立方空心块结构,其组成次单元为纳米棒:初步探索了合成产物的充放电性能,具有较小的衰减率,为下一步探索提供重要的指导意义。