电化学法制备SnO2一维纳米结构及其性能表征

摘要

SnO2是一种具有3.6eV禁带宽度的半导体氧化物。其优点包括:透光率高、电阻率低、环境友好等，在太阳能电池窗口层材料、气敏材料等领域应用前景十分广阔。但SnO2薄膜材料的边界效应使光电子的传导速率受到限制，与之相比，一维纳米结构的SnO2使光电子沿某一方向定向传输同时具有大的比表面积，显著提高窗口层材料的光电性能和气敏材料的灵敏度。因此，利用简单的方法来制备SnO2的一维纳米结构薄膜备受关注。 本论文利用电沉积法，通过添加不同类型的表面活性剂，来制备SnO2的一维纳米结构。发现不同表面活性剂体系下，制备的SnO2纳米棒结晶取向不同，而CTAB的作用效果最佳。在CTAB体系下，采用恒电位和脉冲电位两种方法，成功制备了沿(110)面生长的SnO2纳米棒阵列、沿(110)面生长的不同粗糙度的SnO2纳米棒，均属于四方晶红石型。通过调节电化学参数，可以得到不同密度和长径比的纳米棒。 研究不同长径比、疏密度以及结晶取向的SnO2纳米棒对其气敏和光电性能的影响。测试结果表明，纳米棒的气敏和光电性能均与疏密度和长径比呈正比。在气敏性能方面，所制备的SnO2纳米棒最高灵敏度为32.5，是SnO2薄膜材料的5倍;其最短响应恢复时间为10s和14s，也小于薄膜材料的17s和29s。在光电性能方面，SnO2纳米棒的禁带宽度增大至3.83-3.95eV，透光率均在80％以上;其最小电阻率6.213·10-2Ω·cm，最高载流子浓度为3.412·1018cm-3，明显优于SnO2薄膜材料的1.431·10-1Ω·cm和2.312·1018cm-3，说明SnO2一维纳米结构的气敏和光电性能明显优于块体材料。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 纳米材料的概述

1．2 一维金属氧化物纳米材料的制备方法

1．3 SnO2晶体结构和性质

1．4 SnO2一维纳米结构制备方法

1．4．1 气相合成法

1．4．2 液相反应法

1．4．3 模板制备法

1．5 SnO2一维纳米结构的应用

1．5．1 气敏性能

1．5．2 光催化性能

1．5．3 光电性能

1．6 研究目的及意义

第二章 实验部分

2．1 实验药品和实验仪器

2．2 实验装置

2．3 实验步骤

2．4 表征方法

2．4．1 物相结构

2．4．2 表面形貌

2．4．3 光电性能

2．4．4 气敏性能

2．5 SnO2电化学制备条件研究

第三章 不同类型的表面活性剂对SnO2形貌控制的研究

3．1 无表面活性剂下电化学制备SnO2

3．2 阳离子表面活性剂

3．3 阴离子表面活性剂

3．4 非离子表面活性剂

3．5 CTAB作用机理研究

3．6 小结

第四章 CTAB体系下SnO2纳米棒的电化学可控制备

4．1 恒电位法电沉积制备SnO2纳米棒

4．1．1 Sn源浓度

4．1．2 沉积电位

4．1．3 沉积温度

4．1．4 恒电位体系下，SnO2纳米棒的生长过程探究

4．1．5 小结

4．2 脉冲电位法电沉积制备SnO2纳米棒

4．2．1 Sn源浓度

4．2．2 沉积电位

4．2．3 沉积温度

4．2．4 脉冲电位体系下，SnO2纳米棒的生长过程探究

4．2．5 小结

4．3 小结

第五章 SnO2纳米棒的性能研究

5．1 SnO2纳米棒的光电性质

5．1．1 SnO2纳米棒的长径比对其光电性能的影响

5．1．2 SnO2纳米棒的疏密度对其光电性能的影响

5．1．3 SnO2纳米棒的结晶取向对其光电性能的影响

5．2 SnO2纳米棒的气敏性能研究

5．2．1 SnO2纳米棒的长径比对其气敏性能的影响

5．2．2 SnO2纳米棒的疏密度比对其气敏性能的影响

5．2．3 SnO2纳米棒的结晶取向对其气敏性能的影响

5．3 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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