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1、金屬離子摻雜ZnO微_納米結構的制備及其光催化性質研究_張晶摘要納米材料被稱為21世紀最有前途的材料，它是人類近代科學發(fā)展史上一項重要的發(fā)現(xiàn)，由于當材料減小到納米尺寸，會具有很多塊體材料所不具有的優(yōu)良特性，所以納米材料引起了人們廣泛的關注和研究。半導體材料由于其獨特的性質，被越來越多的應用在光學、電學以及光電子學領域，而在各種半導體材料中，Zn0的應用尤其廣泛。Zn0作為寬禁帶半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60emV，是一種重要的功能材料，在催化劑、光學、傳感器、電學、光電子和壓電器件等方面具有潛在的應用。而其中將Zn0應用于催化領域，作為光催化劑降解有機污染
2、物被利用的越來越廣泛。通常情況下，可以通過以下幾種方法提高Zn0的光催化性能:減小半導體粒子的尺寸、半導體之間的復合、表面敏化、金屬離子的摻雜以及貴金屬的表面沉積等。本文主要研究利用金屬離子摻雜以及貴金屬的沉積來提高Zn0的光催化性能。金屬離子摻雜對Zn0的光催化效率的影響到現(xiàn)在依舊沒有一個確定的結論。而在Zn0表面沉積或者負載上Ag，Au，Pt等貴金屬幾乎所有的文獻都報道都可以提高Zn0的光催化效率。而將金屬離子摻雜和貴金屬的沉積相結合起來研究其對Zn0光催化性能的影響還未見報道，因此我們利用水熱法制備了Ag/Zn1-xOMx樣品來研究金屬離子以及負載Ag對Zn0光催化效率的影響。水
3、熱法通常適合用于制備結品完整、粒徑較小的粉末產物，而且得到的產物團聚少、純度高、粒徑分布窄，多數(shù)情況下形貌可控。本文采用簡單的水熱法，分別在苯甲醇、乙二醇、乙醇的不同體系下，制備出微米級和納米級的摻雜Zn0材料，并對其性質進行了研究。本論文的研究內容主要包括以下兩部分:(1)采用簡單的水熱法成功合成了均勻的單晶Znl-xOMx、微/納米結構(六棱柱形微米樣品、方形微米樣品和納米顆粒。應用X一射線衍射((XRD)、掃描電子顯微鏡((SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和高倍透射電子顯微鏡((HRTEM)分別對所得材料的結構和形貌進行表征分析，討論了實驗參數(shù)，如溶劑、堿濃度、溫度、反應時間等
4、對產物形貌的影響，并對不同Zn0結構的生成機理進行了討論。(2)采用簡單的水熱法以乙醇為溶劑成功合成了不同摻雜濃度的Zn1-XFexO(x=00.01,0.02,0.04)樣品，應用X一射線衍射((XRD)、能譜((EDAX)、透射電子顯微鏡((TEM)分別對所得材料一的結構和形貌進行表征分析，大小和形貌為20nm的球形顆粒，并將所制得的Znl-xFexO樣品應用于光催化降解有機物，通過紫外一可見吸收光譜(Uv-Vis)測試對其性能進行了表征分析，主要研究了摻雜離子和表面貴金屬沉積對ZnO光催化性能的影響，給出了一些合理的解釋并得到了一些有意義的結論。1.1引言納米材料是納米科學技術發(fā)
5、展的重要基礎。納米材料是指材料的幾何尺寸達到納米級尺度水平，在1-100nm之間，且具有特殊功能的材料。納米材料由于其特殊的性質近年來受到了人們廣泛的重視。人們通過不斷地努力研究，已將納米材料逐漸發(fā)展成為以納米材料為基礎的一門學科一納米科學技術。納米科學技術是指在納米尺度上(1-100nm)上研究物質組成體系的相互作用和運動規(guī)律，以及研究他們在應用中實現(xiàn)特定的功能以及智能作用多學科交叉的科學與技術，納米科學技術被認為是20世紀80年代末誕生并正在舉起的新科技。納米科學技術也是指在納米尺寸范圍內認識自然、改造自然，并通過操作原子、分子等而創(chuàng)造出新的物質。納米科學技術的出現(xiàn)標志著人類改造自
6、然的能力已經延伸到原子、分子水平，標志著人類科學技術進入了一個新的時代。由于這門學科與許多相關學科諸如化學、物理學、材料學、電子學、光學存在著密切的聯(lián)系，于是就產生了許多與納米科學相關的分支學科，例如納米化學、納米物理學、納米電子學、納米生物學等等;派生出了納米技術、納米工藝等新的工藝技術。這些納米分支學科的出現(xiàn)，為納米材料的發(fā)展提供了科學基礎，豐富了納米材料科學的內涵，拓展了納米材料科學的外延，極大地推動了納米材料科學的發(fā)展。而納米化學的實質就是納米材料化學，因為納米本身就是指在納米尺度(1-100nm)內的具體材料，因而納米材料化學是納米科學技術中的很重要的一門學科，甚至可以說是納
7、米科學技術中其他各門分支學科的基礎。納米化學就是關于納米材料的性質、合成、結構及其變化規(guī)律的學科。按照納米材料應用的目的，可以將納米材料分為納米電子材料、納米磁性材料、納米生物材料等;根據(jù)納米材料的組成，又可以將其劃分成無機納米材料、有機納米材料。而按照其維度又可劃分為零維(納米顆粒與量子點等)，一維(納米管和納米線)，二維(納米薄膜、納米帶，納米片、納米棒)納米材料。納米材料由于尺度減小，當尺寸減小到納米范圍以后，由于晶粒減小使得表面積增加，
