纳米ZnO自组装等级孔材料的制备光催化与气敏性能研究

摘要

纳米ZnO是一种在压电、光致发光、太阳能、光催化和气敏等方面有着重要应用的先进多功能材料，因而受到了研究者们的广泛关注。通过控制前驱体成分、条件及合成工艺，研究者们报道了许多不同的零维、准一维、一维及二维纳米结构ZnO，并研究了其性能应用。但是，零维、准一维、一维纳米结构在量子产率、器件的制备、回收利用等方面存在许多问题，限制了ZnO的应用。
　　 最近，具有介孔或大孔结构的纳米结构及相应的先进性能吸引了广泛关注，并且证明了其在先进纳米反应器、充电电池、氢能储存、气敏及药物运载上存在潜在应用。但是，现今等级孔材料主要是基于二氧化硅、碳、氧化铝硅土及有机物，主要以研究乳胶球、嵌段共聚物、表面活性剂等为模板，通过平常的模板法制备而成。这种方法通常都包含双模板及多个反应步骤:制备不同模板、混合所需的纳米材料与模板、去除模板。过程繁复且所制备的孔道仅限于介孔/大孔孔径。至今，基于过渡金属化合物的等级大孔-介孔-微孔结构未有报道。
　　 因此，本论文拟通过设计合成一种具有微孔孔道的ZnO纳米颗粒，并通过无需模板的方法合成相互联结的三维等级多孔结构ZnO。ZnO纳米颗粒因为溶剂热反应中产生的CO2、NH3气体而形成内部直径约为1nm的微孔孔道。在滴铸过程中，由于溶剂的蒸发速率大于纳米颗粒在溶液中的扩散速率而发生自组装过程。通过自组装，ZnO纳米颗粒可以形成等级大孔-介孔-微孔纳米结构，并可以自组装形成三维等级多孔结构薄膜。
　　 这种三维等级孔结构由于增加了比表面积、增加了反应活性位点，同时也提高了反应物质的传输效率，因而可以有效提高其在紫外-可见光下对罗丹明-B的光催化降解性能以及对乙醇的气体敏感性能。实验证明这种结构可以作为一种基于纳米颗粒作为组装材料，以构筑先进薄膜材料的适宜方式。这种方式可以在不同的基质上合成出这种结构，同时亦可以应用于其他过渡金属氧化物纳米颗粒无需模板的等级三维多孔材料的制备，以提高材料在不同应用领域上的性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 纳米ZnO的性质及其应用

1．2．1 ZnO在光催化领域的应用

1．2．2 ZnO在气敏领域的应用

1．3 纳米ZnO与多孔ZnO的制备

1．3．1 纳米ZnO的制备方法

1．3．2 多孔ZnO的制备

1．4 课题研究的目的、意义及内容

第2章 等级多孔 ZnO纳米结构的制备

2．1 ZnO纳米结构的合成与表征

2．1．1 实验药品与仪器

2．1．2 合成工艺

2．1．3 结构表征

2．3 自组装等级孔ZnO的制备与表征

2．3．1 自组装等级孔ZnO的制备

2．3．2 单层等级孔 ZnO纳米结构

2．3．3 多层等级孔ZnO纳米结构

2．3．4 其它多孔ZnO结构

2．3．5 ZnO纳米结构形成机理分析

2．4 小结

第3章 等级多孔ZnO的光催化与气敏性能

3．1 ZnO的光催化性能研究

3．1．1 光催化性能研究实验过程

3．1．2 光催化性能研究实验结果与分析

3．2 ZnO的气敏性能研究

3．2．1 气敏性能研究实验过程

3．2．2 气敏性能研究实验结果与分析

第4章 结论

致谢

参考文献

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