宽禁带半导体材料ZnO、TiO2的制备及特性研究

摘要

氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)都是典型的宽禁带半导体材料。宽禁带半导体材料是具有多种优异性能的纳米材料，具有着广阔的应用前景。近些年来，随着纳米科学技术的发展，纳米材料的研究一直是人们研究的重点，尤其是它的应用研究。研究ZnO、TiO2的可控制备以及对它们的性能进行表征具有非常重要的科学意义。本文主要有两个部分，具体内容如下:
　　一、在低温条件下通过水热合成法反应5小时，以FTO导电玻璃作为衬底，制备良好取向的氧化锌(ZnO)纳米棒阵列。详细的研究制备过程中氨水的含量对ZnO纳米棒生长长度的影响。最后通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱（UV-visible absorption spectra）等表征方法对制备的样品进行表征与分析。结果表明，随着氨水含量的增加，ZnO纳米棒的生长长度也增加了。
　　二、通过简单的溶胶-凝胶法和溶剂热后处理反应，以价格低廉、相对环保的正己胺作结构导向剂合成尺寸分布均匀、孔径18.9nm、比表面积为89.76m2g-1的锐钛矿相二氧化钛(TiO2)介孔球。经研究发现，在反应合成过程中水的含量（水与钛源的摩尔比）对得到的二氧化钛介孔球的形态有着显著的影响。同时TiO2介孔球的表面粗糙程度和直径大小也受反应时间的影响:相应的延长反应的时间，会使形成的介孔球表面变得越来越光滑，直径也会逐渐增加。利用反应获得的TiO2介孔球材料作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料，得到的敏化太阳能电池的光电转化效率达到了5.56％，与相同条件下用P25作光阳极材料的太阳能电池的光电转化效率相比略微有所提高。通过这项研究表明，TiO2介孔球材料在清洁能源转化领域（太阳能利用领域）中具有很大的应用潜力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 氧化锌(ZnO)概述

1．1．1 氧化锌的晶体结构

1．1．2 ZnO纳米材料的研究进展

1．2 二氧化钛(TiO2)概述

1．2．1 TiO2的性质及结构

1．2．2 TiO2纳米材料应用的研究进展

1．3 本论文的研究意义及内容

2 纳米材料的性质、制备方法及表征

2．1 纳米材料的基本效应

2．1．1 小尺寸效应

2．1．2 量子尺寸效应

2．1．3 表面效应

2．1．4 量子隧穿效应

2．1．5 介电限域效应

2．2 纳米材料的制备方法

2．3 纳米材料的相关表征手段

2．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．2 X射线衍射谱(XRD)

2．3．3 紫外可见吸收光谱(UV光谱)

2．3．4 霍尔效应测试

2．3．5 光致发光光谱(PL谱)

3 氨水对ZnO纳米棒阵列生长形貌的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 衬底的预处理

3．2．2 水热沉淀法

3．2．3 测试与表征

3．3 结果分析与讨论

3．3．1 表面形貌

3．3．2 晶体结构特征

3．3．3 光学性质

3．4 本章小结

4 TiO2介孔球的形貌控制及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

4．1 引言

4．2 实验：TiO2介孔球的合成

4．2．1 TiO2前驱体球的合成

4．2．2 TiO2前驱体球的晶化扩孔制备TiO2介孔球

4．2．3 不同结构导向剂合成TiO2介孔球

4．2．4 染料敏化电池TiO2介孔球工作电极的制备及电池组装

4．3 测试与表征

4．4 结果和讨论

4．4．1 结构导向剂烷基碳链长度对TiO2前驱体球形貌的影响

4．4．2 H2O与Ti的摩尔比对TiO2前驱体球的影响

4．4．3 反应时间对TiO2前驱体球的影响

4．4．4 XRD分析

4．4．5 氮气吸附-脱附结果分析

4．4．6 染料敏化太阳能电池性能分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢