ZnO-Ag纳米颗粒异质结构自组装的研究及应用

摘要

多年来，半导体纳米颗粒在一些微纳米器件中的应用研究正在引起越来越多的关注。氧化锌作为一种廉价易得的半导体材料。在光电探测，光催化等领域已有了较为广泛的研究和应用。但是，由于纯的氧化锌纳米颗粒因其较高的能带间隙（3.37eV）以及较差的稳定性，极大的限制了其应用。
　　本文采用以氧化锌纳米颗粒为晶核,通过醋酸根离子的桥连作用合成了独特的ZnO/Ag纳米颗粒混杂枝状微米结构。通过对该结构进行多方面的表征以及对枝状结构生长过程的观察，提出了一种枝状结构形成的机理，并对该混杂结构在紫外探测器及光催化降解水中有机污染物方面的应用进行了研究。主要的研究内容及结果如下：
　　(1)溶液法合成出形貌及成分可控的ZnO/Ag纳米混杂结构。以氧化锌种子溶液作为晶核，通过银离子的加入首先在溶液中通过自组装形成ZnO/AgAc微米结构，然后通过紫外光辐照使原结构中的AgAc分解成银纳米颗粒，从而形成ZnO/Ag异质结构。尺寸及组成均可通过改变合成溶液的浓度和配比来进行调控。
　　(2)以分枝状结构为研究主体，通过对合成得到的ZnO/Ag混杂结构的多方面表征及对生长条件的控制和生长过程的显微观察，提出了一个以醋酸根桥连作用的纳米颗粒扩散限制聚集（DLA）模型。
　　(3)将合成得到的分枝状的ZnO/Ag纳米颗粒混杂结构制作成紫外探测器单根微米线器件并对其在紫外探测性能进行了研究。
　　(4)探究了ZnO/Ag混杂结构在不同环境中光催化降解水中有机物的性能。结果表明ZnO/Ag混杂结构对于亚甲基蓝有很好的光催化降解作用,并得出了最佳反应条件.

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1 绪论

1.1 概述

1.1.1 纳米材料的定义及分类

1.1.2半导体纳米颗粒的基本性质

1.2 纳米氧化锌简介

1.2.1 纳米氧化锌的基本性质与应用

1.2.2 纳米氧化锌的制备方法与生长机理

1.2.3 纳米氧化锌在紫外探测器方面的应用

1.2.4 纳米氧化锌与银纳米颗粒的掺杂及光催化机理

1.3 纳米颗粒生长相关机理简介

1.3.1 Kelvin公式

1.3.2 Weimarn法则

1.3.3分子级生长理论[28]

1.3.4胶粒聚集长大理论

1.3.5 LaMer模型[29]

1.3.6 Ostwald陈化规则[29]

1.4 关于枝晶生长的理论简介

1.5 相关研究进展及本文立题依据

2 ZnO/Ag 纳米颗粒复合结构的制备及生长机理的研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器及表征设备

2.1.3 ZnO/Ag纳米颗粒复合结构的制备

2.1.4 ZnO/Ag纳米颗粒复合结构的表征

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 ZnO纳米颗粒的物相与形貌表征

2.2.2 ZnO-Ag纳米颗粒异质结构的物相与形貌表征

2.2.2 采用不同溶剂体系对产物形貌的影响

2.2.3 采用超声对产物形貌的影响

2.2.3 采用不同反应物浓度对产物形貌的影响

2.3 本章结论及生长机理分析

3 ZnO/Ag 纳米颗粒复合结构的应用

3.1 ZnO/Ag 纳米颗粒异质结构在紫外探测器件中的应用

3.1.1 引言

3.1.2 样品制备及器件结构和制备工艺

3.1.3 器件性能测试

3.1.4 结果讨论与分析

3.2 ZnO/Ag 纳米颗粒复合结构的光催化性能研究

3.2.1引言

3.2.2 实验部分

3.2.3实验结果与讨论

3.3 本章结论

4 结论

致谢

参考文献