半导体纳米材料ti02、zno改性及其性能研究

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1、半导体纳米材料Ti02、ZnO改性及其性能研究第一章绪论1.1引言纳米科学技术是一个多学科交叉融合且发展迅猛的前沿领域，在材料、信息、能源、环境、化学、微电子、微制造、生物、医学等领域表现出更多的潜在应用[1]，它的发展与应用将对材料性能的改进及制造方式上产生重大的改进与变革，将对科学技术、社会经济、人类生活等方面产生重大影响，是21世纪主流的科学技术之一。对此我国政府对纳米科学技术予以高度重视，国务院2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年)》及国家十二五科技发展战略规划都将纳米

2、研究作为重大研究计划，科技部、国家自然科学基金委员会等部门也给予了纳米科学领域研究极大的关注与多方面的经费支持。目前，我国纳米科学技术的发展迅速，在诸多研究方向取得了举止瞩目的成就，在国际上占有重要地位。纳米科学技术主要有纳米材料、纳米器件及纳米尺度的检测与表征三个领域。其中纳米材料是纳米科学技术的基础，主要研究在纳米尺度范围内材料的制备和表征。由于纳米材料是介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域，从材料的结构单元层次来说，原子比例髙的纳米材料中由于界面大、原子排列不同、组成的晶格结构互不相关，形成了一种新的不同

3、于与非/晶态结构[2]。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点。在催化领域、生物医学、环保领域、国防领域、新能源领域、信息科学技术等领域都发挥着独特的作用。在众多的纳米材料体系中，由于半导体纳米材料优异的力、光、电、声、磁、热、储氧、吸波等性能成为了目前世界上关注的热点之一。..1.2纳米材料的概念及分类纳米（nanomeiter)，是一个几何尺寸的长度单位，lnm=10.9m。纳米材料(nanomaterial),广义上讲是指在三维空间中至少有一维的处于纳米尺度范围或者由处于纳米尺度材料构成本体材料的基本单元

4、。一般具有不同于块体材料的特殊性能，它是纳米科技发展的重要基础。纳米效应是指当材料进入纳米级，在催化、光电、热力学等方面表现特异的现象『9]。纳米科学技术(nanosciencetechnology)是指研究纳米尺寸范围在O.l-lOOnm之间旳物质所具有物理、化学的性质和功能的科学；并在纳米结构水平上对物质和材料进行研究处理的技术。纳米科学技术其实是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术，包括纳米应用技术、纳米加工技术和纳米材料技术纳米测量技术等[10]。纳米材料按照不同组成和标准可以进行分类纳米材料按照化学组

5、成可分为无机纳米材料、有机纳米材料、无机复合纳米材料、有机/无机复合纳米材料和生物纳米材料等。纳米材料按照成键形式可以分为金属纳米材料、离子半导体纳米材料、半导体纳米材料以及陶瓷纳米材料等。..第二章阳极氧化法制备形貌可控的TiOa纳米管阵列2.1引言在众多用于光电催化的材料中，纳米Ti02因具有较宽的禁带宽度、高折射率和稳定的化学性能，半导体纳米Ti02的光催化性质引起了广泛的研究，在太阳能电池、光催化降解有机物、光解水制备氢气等领域的广泛应用前景，使之成为国内外竞相研究的热点。制备TiCh纳米管阵列的方法中相

6、比于水热合成和液相沉积法等传统方法，阳极氧化法制备的Ti02构造了特殊的管状阵列的的结构，有效地改善了电子-空穴的界面分离、载流子的定向传输及界面物理化学反应，具有反应工艺简单、反应时间短、纳米管结构排列紧密有序，且反应生成的管壁垂直于金属钛衬底，具有更优良的量子效应，大的比表面积等性质。通过改变反应条件可以达到管长、管径和管壁厚度可调的功效[41]，成为目前制备纳米Ti02管阵列的有效方法之一，并且能对环境污染问题进行有效的解决。阳极氧化金属Ti片法在1999年首次由Z,Zn2+为0.074nm,半径接近，容易

7、将Mo掺杂到的纳米ZnO晶格中。通过Mo元素的掺杂提高氧化锌纳米材料的光电性质，使其在光电器件中获得更广泛的应用。..结论本课题釆用了多种工艺方法制备了不同的纳米材料，掌握了水热法和阳极氧化法制取了不同形貌结构的纳米ZnO和阵列管状结构的纳米Ti02，并研究利用以水热法将非金属和金属掺杂到纳米材料中，提光高了纳米材料的光学性能，包括纳米ZnO光致发光的改性和纳米Ti02对太阳光的吸收率的提高，并取得了一定的成果，对于以上的纳米材料的制备与研究的具体工作如下：1以水、乙二醇和丙三醇为溶剂，NF为溶质作为反应的电解液

8、，通过对比这三种不同种类的电解液，得到电解液的不同最后合成的纳米Ti02类型不同，从样品的XRD图可知，以乙二醇为溶剂的电解液所合成的纳米二氧化钛最为稳定的锐钛矿晶型的二氧化铁。2以此条件下，改变乙二醇溶液中水的含量、氧化电压、氧化时间观察其对形貌的影响，研究得出，水是阳极氧化必不可少的条件，当水量过多时使得反应迅速造成纳米管击穿；电压作为电化学反应重要的条件，随着电压的