ZnO、SnO2纳米结构材料的水热合成及其应用研究

摘要

本论文通过微波水热法制备出具有规则形貌的ZnO纳米球和SnO2微球。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和红外光谱(FT-IR)等分析手段对产物的结构和形貌进行了表征;通过研究反应温度、反应时间以及反应物浓度等因素对产物微观形貌的影响,提出了ZnO、SnO2纳米结构可能的生长机理。以罗丹明B为模拟污染物研究了SnO2粉体在不同PH值体系下的光催化活性。另外,本文以ZnO、SnO2为阳极材料;以Pt、活性炭为电池的阴极材料,成功制作出染料敏化太阳能电池(DSSC)样品,并利用数字型万用表测试了电池的光电性能。
　　 本课题研究的主要结论如下:
　　 (1)以六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为原料,采用微波水热法制备出了直径为150nm的ZnO纳米球。TEM分析显示ZnO纳米球是由10-20nm的晶粒堆积而成的疏松球形结构。在较大的水热温度和水热时间范围内,所得产物均为100-200nm的颗粒;通过改变溶液体系中水和乙醇的加入量,可以有效调节ZnO纳米球的尺寸。
　　 (2)以结晶四氯化锡(SnCl4·5H2O)为原料,以聚乙二醇(PEG,Mn=6000)为模板剂,采用微波水热法制备出了1-1.5μm的SnO2微球。TEM分析表明SnO2微球是由大量细小晶粒堆积而成的致密实心结构。通过改变所添加PEG的分子量,可以有效调节SnO2微球的尺寸。
　　 (3)以罗丹明B溶液作为模拟有机污染物,研究了不同pH溶液体系条件下的SnO2粉体的光催化活性。结果证明:罗丹明B溶液体系的pH值不仅影响了催化剂粉体对染料分子的吸附作用,而且影响了罗丹明B分子的降解途径。
　　 (4)以乙酰丙酮(CH3COCH2COH3)为乳化剂,曲拉通(TritonX-100)为分散剂,制备出5μm厚的SnO2阳极薄膜和3μm厚的ZnO阳极薄膜。制备的SnO2电池样品在模拟太阳光下(100mW/cm2)测得开路电压Voc为0.792V,短路电流Isc为0.36mA·cm-2,填充因子约0.62,获得了0.17%的总光电转换效率。