sno2基纳米结构中的磁、光性质及其应用

《sno2基纳米结构中的磁、光性质及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、庄申栋Sn02基纳米结构中的磁、光性质及其应用摘要氧化锡(Sn02)是一种重要的n型宽禁带直接带隙半导体材料，具有3．6eV宽带隙和130meV强激子束缚能。Sn02原料充沛、价格低廉、绿色无毒，其纳米结构的形貌极其丰富，并展现出独特的光、电、磁特性。因其有望实现稳定的室温铁磁性注入，且具有优良的光电性能、光学透明性、高载流子浓度、气敏特性、光催化性能以及化学稳定性和热稳定性，Sn02在自旋电子器件、光电探测器、透明导电薄膜、太阳能电池、锂电池、气敏传感器以及光催化剂等领域有着独特的应用前景。为此，

2、基于Sn02的一些热点问题我们根据现有的实验条件和已具备的研究基础围绕Sn02基纳米结构对其磁、光性质及其应用进行了研究。其一，目前，过渡金属掺杂的Sn02基稀磁半导体中室温铁磁性的重复性和稳定性较差，其磁性根源逐渐受到质疑。我们对钻掺杂的Sn02基稀磁半导体的磁、光性质及其磁性起源进行了研究。其二，基于Sn02量子点(Sn02QDs)的紫外光吸收和直接跃迁禁阻等特性，我们对其在紫外防护器件和紫外光催化等方面的应用进行了研究，并对Sn02一石墨烯纳米复合物的可见光催化能力进行了拓展研究。具体内容如下

3、：1．通过共沉淀法来制备纯的Sn02与钴(Co)掺杂的Sn02纳米颗粒，其中co的掺杂浓度分别为1、3、5、7和10％。通过x射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)与能谱仪(EDS)分别来分析晶体结构和形貌并排除在纳米晶体中杂质元素存在的可能性。采用吸收光谱和光致发光光谱(PL谱)来证实Co元素在Sn02中完成了对sn替位，而不是形成Co金属团簇或其它氧化物。我们发现随Co掺杂量的增加，样品带隙逐渐变窄，发Il扬州大学硕士学位论文光峰蓝移。磁化强度测量值显示，低浓度Co掺杂(x5O．03

4、)促进铁磁性和顺磁性的增加，但是高浓度Co掺杂导致两者被镇压。其中的原因可能是相邻Co离子随着掺杂浓度的增加，两者之间的距离不断减小，从而产生反铁磁性的超交换耦合削弱了铁磁性和顺磁性。这种Co掺杂浓度引起的微观磁耦合成分的变化可对束缚磁极化子(BMP)模型形成很好的支撑，也揭示其中的磁性起源与磁性离子的掺杂浓度密切相关。2．利用水热法制备出小尺寸Sn02QDs，通过紫外一可见吸收光谱以及光致发光谱(PL谱)等手段对其光吸收与光致发光特性等基本的光学性质进行表征、分析，发现Sn02QDs对紫外光(波长

5、<400nm)有可观的吸收。但新制备的QDs(包括Sn02QDs)由于具有大的表面自由能，因而容易团聚成尺寸较大的纳米颗粒，从而失去了QDs的多种优势。因此在利用Sn02QDs紫外光吸收等特性的同时避免自身团聚，对于拓展其应用范围，如紫外防护、光催化等方面是非常有意义的。利用旋转涂膜的方法制备了Sn02QDs-聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)(Sn02@，PMMA)镀膜的Sn02基功能化玻璃，在解决QDs团聚问题的同时，它展现出了优越的紫外光吸收能力、高可见光透明性及增强的疏水性。在吸收紫外光后

6、，Sn02QDs能够通过光学下转换过程发出多色的可见光来释放能量。我们还考察了镀膜层数对可见光透明性、紫外光吸收能力和增强的疏水性的影响。这种Sn02@PMMA改性的玻璃展现出了在紫外防护器件应用上的巨大潜力。3．通过水热法制备了聚乙二醇单甲醚(PEGME)修饰的超精细Sn02QDs(PEGME．Sn02QDs)。X射线衍射(XRD)和高分辨率电子显微镜(HRTEM)说明PEGME—Sn02QDs是均匀、单分散的，直径约为4nln。红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)证明PEGME紧密附着在S

7、n02表面。所合成的PEGME．Sn02QDs在避免QDs团聚的同时，可实现对罗丹明B染料(RhB)优异的光降解能力。PEGME—Sn02QDs催化剂的光子效率以及相应的RhB降解速率常数可分别达到0．0058％和9．98x10。2min～。这种出色的光催化庄申栋Sn02基纳米结构中的磁、光性质及其应甩性能可归因于超精细、单分散的QDs具有的大比表面积和高结晶度以及PEGME表面修饰剂良好的亲水性以及高电导率的协同作用。值得注意的是，这种PEGME修饰的Sn02QDs具有的出色的光催化性能和稳定的可

8、循环利用性，这使它有望被直接应用于环境净化领域。另外，这种制备稳定、单分散QDs的方法可以为解决类似小尺寸纳米颗粒的团聚问题并拓展其应用领域提供参考。4．石墨烯一半导体催化剂的可见光催化性能最近得到证实。然而，光生载流子的转移路径，尤其是石墨烯在其中所起到的作用仍然存在争议。我们制备出一种石墨烯(Graphene)一Sn02气溶胶复合物，在解决QDs团聚问题的同时，它与纯Sn02QDs、P25Ti02、纯Graphene气溶胶相比，展现出更强的染料吸附能力和更高的可见