金和氧化锌复合纳米结构的制备及光电转换特性的研究

摘要

氧化锌(ZnO)是一种具有广泛应用价值的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带半导体，常温下具有高禁带宽度(3.37 eV)和高激子束缚能(60 meV)，这决定了ZnO在传感器、探测器、光电子领域都有非常重要的应用价值。此外ZnO量子点制备方法简单，特别是在量子尺寸效应下，具有量子限域效应，表面效应以及量子点的荧光特性。所以ZnO量子点已被成功用于紫外探测、光电探测和生物传感器等应用领域。
　　纳米金(Au)具有优异的物理和化学特性，有着“绿色纳米技术中的关键元素”之称，在力学、电学、光学等领域表现突出，可作为生物材料、电极材料、催化体材料等，有着广泛的应用前景。
　　双面粒子是指粒子的两个半球面具有不同组成或性质的微粒。现在创新性的双面粒子制备方法不断出现，主要有Pickering乳液法、相分离法、微流体法、自组装法等。双面粒子在催化、光电材料、表面活性剂等领域都有着广泛的应用前景。而由于ZnO量子点优异的发光特性和Au纳米颗粒良好的催化活性，合成的双面粒子复合体系必然也存在一些特有光学性质。
　　本文旨在用简单的方法合成Janus ZnO/Au复合纳米颗粒并通过对此体系的表征及分析，我们进一步探讨了其光学特性:紫外发光增强而缺陷发光猝灭，并给出该光学特性的产生机理。本文主要进行了以下几方面的研究:
　　1、通过溶胶-凝胶法合成分散性良好且粒径均一的ZnO量子点，采用硼氢化钠作为还原剂直接还原氯金酸溶液的方法制备了Au纳米颗粒。利用3-巯基丙酸对Au纳米颗粒进行表面修饰，进一步获得形貌和分散性良好且粒径均一的Au纳米颗粒，使其更易于组装到ZnO量子点表面形成Janus结构的ZnO/Au复合纳米颗粒。
　　2、研究了Janus ZnO/Au复合纳米体系的光学性质，发现该复合体系ZnO缺陷发光消失而本征紫外发光增强，并认为由于Au的LSPR作用产生了这种光学特性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米ZnO的结构和性质

1．2．1 纳米ZnO的晶体结构

1．2．2 纳米ZnO的电学性质

1．2．3 纳米ZnO的光学性质

1．3 纳米ZnO材料的基本性能

1．3．1 表面效应

1．3．2 体积效应

1．3．3 量子尺寸效应

1．3．4 宏观量子隧道效应

1．4 纳米ZnO材料的应用

1．4．1 光电方面的应用

1．4．2 生物传感方面的应用

1．4．3 光催化方面的应用

1．4．4 气敏方面的应用

1．4．5 磁性方面的应用

1．5 双面粒子的应用

1．5．1 生物方面的应用

1．5．2 稳定剂的应用

1．6 双面粒子制备技术的研究现状

1．6．1 Pickering乳液技术

1．6．2 自组装技术

1．6．3 相分离技术

1．6．4 微流体技术

1．6．5 平面半屏蔽技术

1．7 本论文的主要工作

第二章 ZnO量子点和Au纳米颗粒的制备

2．1 ZnO量子点的制备

2．1．1 ZnO量子点的制备方法

2．1．2 试剂和仪器

2．1．3 实验过程

2．1．4 ZnO量子点的结构形貌分析

2．1．5 ZnO量子点的光学特性分析

2．2 Au纳米颗粒的制备

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 实验过程

2．2．3 Au纳米颗粒的结构形貌分析

2．2．4 Au纳米颗粒的光学特性分析

2．3 小结

第三章 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒的制备

3．1 3MPA修饰Au纳米颗粒

3．1．1 试剂和仪器

3．1．2 实验过程

3．1．3 实验结果与分析

3．2 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒的制备

3．2．1 试剂和仪器

3．2．2 实验过程

3．2．3 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒的结构形貌分析

3．2．4 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒的光学特性分析

3．3 小结

第四章 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒体系光学性质的研究

4．1 引言

4．2 ZnO和Au的浓度对Janus ZnO／Au复合体系光学性质的影响

4．2．1 ZnO浓度对Janus ZnO／Au复合纳米颗粒体系光学性质的影响

4．2．2 Au浓度对Janus ZnO／Au复合纳米颗粒体系光学性质的影响

4．3 3MPA对Janus ZnO／Au复合纳米颗粒体系光学性质的影响

4．4 关于Janus ZnO／Au复合纳米颗粒体系光学特性机理的研究

4．4．1 试剂和仪器

4．4．2 实验过程

4．4．3 实验结果分析

4．5 小结

第五章 全文总结与展望

5．1 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒的制备

5．2 Janus ZnO／Au复合纳米颗粒体系光学性质的研究

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表学术论文