低维半导体纳米材料(ZnO、TiO2)的合成与研究

摘要

纳米结构的氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)是重要的功能无机材料,它们在光电化学转化和光／电化学催化具有重要的应用。目前,有关氧化锌和二氧化钛结构研究的一个重要方向是利用金属、半导体、磁性材料等来对氧化锌和二氧化钛纳米结构进行修饰,从而形成纳米复合结构,来提高它们的性能。本文研究了树枝状氧化锌纳米结构的合成、金属／氧化锌、半导体／氧化锌纳米异质结构的合成以及在碳布上合成二氧化钛,也对它们的光催化、光电转化等性质进行了表征。主要研究内容包括：
　　 ⑴金属／ZnO纳米异质结构在光催化中的应用：在没有添加有机助剂的情况常温常压合成ZnO树枝状纳米结构。利用其空的内部结构和大的表面积,进一步合成了Au／ZnO和Ag／ZnO异质结构。由于其扁长结构和产生的电磁场,Au／ZnO和Ag／ZnO异质结构是活性的表面增强拉曼光谱(SERS)基底,其特殊的形态结构可以用来作为吸附生物分子的理想基底来响应和表征表面增强光谱。
　　 ⑵半导体／ZnO纳米异质结构在光电转化中的应用：我们在温和条件下合成了高度均一的ZnO纳米结构,由于它大的比表面我们将ZnS,ZnSe,Bi2S3和CUES这四种半导体很好地结合形成异质结构,从而提高光电转化效率。同时,ZnO也可以与其它金属或磁性材料结合得到其它不同性质,应用前景的异质结构。
　　 ⑶碳纤维布(CFS)上合成TiO2纳米结构的光催化应用：通过一个相对简单的办法实现了TiO2纳米纳米管阵列(TiNT)阵列在柔性碳纤维布上的大规模生长。生成着TiO2纳米管阵列的碳布具有极大的表面积以及良好的光学性能,在弱的紫外光照射下也表现出高效的光催化活动。另外,长有TiNT阵列的碳布容易回收并且碳纤维布和TiNT结合稳固能被反复使用。