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氧化锌作为一种宽禁带的直接跃迁的半导体材料,具有优异的光电性能。而微生物广泛存在于自然界,多由碳水化合物组成,能够被很好的去除,且大部分微生物都具有特殊的形貌或是表面具有特殊的微结构。因此,以微生物作为模板制备氧化锌会是一项很有意义的研究,赋予氧化锌不同的特殊形貌,最终将得到的会是一些具有特殊性能或是在某些性能方面具有优异表现的氧化锌。本文就初步以各种微生物作为模板制备了不同形貌的氧化锌结构,并进行了表征和性能测试。
本研究首先选定白葡萄球菌作为模板,结合化学沉淀法合成出了氧化锌空心微球结构,并对样品进行表征。TG/DSC曲线表明了实验中加入的白葡萄球菌在高温煅烧阶段被很好的去除了。研究了不同实验参数对氧化锌结构的影响,结果表明较大的白葡萄球菌浓度和较小的锌离子加入量都会得到数量更多表面更光滑的氧化锌空心微球结构,且微球球壁相对更薄;不同三乙醇胺浓度则会影响对细菌的修饰从而影响氧化锌空心微球的形成;静置时间越长得到的空心微球结构越完整。分析了空心微球形成机理,证明了细菌在实验中的模板作用,而加入的三乙醇胺增强了细菌的这种作用。氧化锌空心微球结构是在静置阶段中,由氧化锌纳米粒子在高温和三乙醇胺对氧化锌的吸引力的驱动下以白葡萄球菌为模板定向的组装而成的。
本研究以大肠杆菌为模板用化学沉淀法得到了氧化锌花状结构,证明了搅拌过程阻碍了氧化锌沉积在大肠杆菌表面,从而会形成氧化锌片状结构。并以此得到了氧化锌花状结构的形成机理,发现在低温下反应由于没有合适的驱动力,片状氧化锌以随机方向的方式组装成氧化锌花状结构。本研究还将螺旋藻、球藻和酵母菌粉作为模板用不同的方法制备出了螺旋状氧化锌、氧化锌纳米杆球和刺球状氧化锌,并通过表征分别推断出了形成机理。
最后本论文对不同微生物模板制备得到的氧化锌的紫外光吸收性能进行了研究。结果表明氧化锌花状结构和空心微球结构的吸收带边发生了红移现象,而氧化锌螺旋结构发生了蓝移现象。这可能分别是由氧缺陷的存在和粒子尺寸较小造成的。本文还对不同微生物模板制备得到的氧化锌的光催化性能进行了研究。氧化锌花状结构和空心微球结构均展示了优秀的催化亚甲基蓝降解的能力,这归因于氧缺陷对光生电子一空穴对复合的抑制。不同参数下白葡萄球菌和大肠杆菌得到的不同结构氧化锌的光催化性能也得到了研究。结果表明空心微球结构的壁厚增加会降低光催化能力,这可能是因为比表面积减小的结果。而花状结构则因为是一种三维结构,阻止了由于氧化锌之间团聚而造成的染料分子接触有效表面的减少,从而获得了比片状结构更高的光催化效率。