ZnO作为一种新型多功能半导体材料,在气体传感器、压电材料、光催化、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。ZnO微/纳米结构的性能在很大程度上取决于产品的尺寸和形貌。表面活性剂作为一种辅助添加剂,通过空间位阻效应、静电稳定机制等,可对溶液中的颗粒起到形貌调控和分散作用。其中,阴离子型表面活性剂在水溶液中能够电离出负电荷单元,紧密吸附在ZnO晶体的Zn2+晶面,阻碍c轴方向的生长,对ZnO的形貌调控尤为显著。本文采用简单的一步水热法,以常见的锌盐和NaOH为原料,借助三种阴离子型表面活性剂,制备出分级结构的ZnO微/纳米粉体,研究了晶体的生长机理,探究了几种特殊形貌ZnO的光催化性能。本论文的主要研究内容如下:(1)以ZnCl2和Na OH为原料,采用一步水热法制备出形貌较好的花状结构ZnO,利用XRD和FESEM对产品的结构和形貌进行表征。通过研究晶体生长过程中物相和形貌变化,分析得出该过程属于“均匀溶液饱和析出”机制。当前驱体Zn(OH)42-溶液升温至85℃时,迅速分解释放出大量Zn2+,瞬间达到ZnO成核的过饱和度,析出大量晶核粒子。为进一步降低体系能量,晶核之间发生定向聚集合并成更大的粒子,通过沿c轴方向极性生长,最终形成了花状形貌。(2)以Zn(Ac)2和NaOH为原料,采用一步水热法制备出形貌新颖的麦穗状结构ZnO。利用XRD和FESEM对产品的结构和形貌进行表征,并研究了其生长机理。该过程属于“溶解-再结晶”机制。反应中首先形成中间体木板状Zn(OH)2,随后Zn(OH)2溶解析出大量ZnO晶核。由于晶核小、表面能高且反应速度很快,晶核来不及向周围扩散,即按照木板状导向首尾相接,聚集排列降低体系的表面能。此后晶核粒子沿c轴方向极性生长,最终形成麦穗状结构ZnO。(3)研究了三种阴离子型表面活性剂(十二烷基硫酸钠(SDS)、柠檬酸钠和柠檬酸)对花状ZnO的形貌调控。SDS的加入使花状ZnO的花瓣由原来独立分布的棒状变成众多纳米棒竖直排列的簇状体,在更高浓度下,花瓣中纳米棒排列更加致密,形成扁短状的桃花形花瓣。柠檬酸钠对花状ZnO的形貌改性较弱,花状ZnO的花瓣由顶端尖状的纳米棒变成直径越来越小的六棱柱结构,又变成规则的六边形平面。柠檬酸对花状ZnO的形貌调控最为显著,花状ZnO经历“菊花状结构→片状微球结构→实心球结构”变化。(4)研究了三种阴离子型表面活性剂(SDS、柠檬酸钠和柠檬酸)对麦穗状ZnO的形貌调控。随着表面活性剂的添加,麦穗状结构逐渐遭到破坏。添加适量SDS后得到形貌完美的牡丹花状ZnO;添加适量柠檬酸钠后,得到独立分散的菊花状颗粒。柠檬酸对麦穗状ZnO的改性作用同花状ZnO。(5)探究了六种特殊形貌ZnO对亚甲基蓝溶液的光催化降解性能。结果表明,片状微球结构ZnO光催化效果最好,在高压汞灯照射180 min后污染物的降解率达到90.15%;牡丹花状和麦穗状ZnO次之,亚甲基蓝溶液降解率约80%;花状结构ZnO为58.57%;梅花状和实心球状ZnO几乎无光催化能力。