溶剂热法纳米氧化锌晶体的控制生长及其性能表征(1)

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1、摘要晶体的各向异性决定了晶体不同的晶面或取向表现出不同的物理和化学性质。同时纳米尺度晶体材料的尺寸和形貌也直接影响纳米材料的性质。因此对于纳米材料形貌(晶面)和尺寸的控制生长一直是纳米研究领域的焦点。溶剂热法是达到纳米材料尺寸和形貌可控合成的一种有效途径。在本论文中，采用了有机试剂(主要是醇类或者水与醇的混合溶剂)作为溶剂热反应的溶剂，来制备ZnO微／纳米晶体，通过改变溶剂的种类或碱的浓度或混合溶剂两者的体积比来调控ZnO纳米晶体的形貌和尺寸，并探讨了ZnO纳米晶体生长的内部机理和不同条件对于ZnO纳米晶体生长模式的影响，同时研究了ZnO样品的气敏性质、光催化等性质。主要

2、内容包括以下几个方面：一、在溶剂热条件下，用异丙醇作为溶剂，利用醋酸锌和氢氧化钠的反应来合成ZnO纳米晶体，通过改变氢氧化钠的浓度来调控ZnO的形貌，发现随着碱浓度的逐渐增大，ZnO的形貌从短棒变化到长棒，再出现六方双锥，最后变化到片。碱的浓度再增大时无产物生成。我们对其生长机理进行了探讨。不同形貌ZnO的荧光性质表明，从棒、六方双锥到片，其绿带发光峰逐渐增大，生长过程中产生的内部缺陷越多绿带发光越强。产物的光催化研究结果显示，由于产物中极性晶面和非极性晶面比例不同，其对甲基橙的光降解效率大小次序为棒>六方双锥>片。二、在溶剂热条件下，利用醋酸锌和碱的反应，选用碳链长短及

3、羟基数目不同的醇溶剂作为反应介质，制备出了棒状、六方双锥和球状等形貌的ZnO纳米晶体。在一羟基醇溶剂中，随着碳链的增长，由于溶剂分子对ZnO不同晶面的吸附能力不同，其形貌由棒状逐渐变化到六方双锥。在二羟基醇中，由于醇溶剂分子在ZnO晶核表面很强的吸附作用，ZnO形貌一般都是球状。气敏实验结果表明几种形貌ZnO对乙醇都有较高的灵敏度。不同形貌ZnO对乙醇的灵敏度次序为：棒>六方双锥>球，也就是以zn和O同时裸露的f10．10}面对气敏的影响大于完全以氧裸露的{lO．11)面。三、在溶剂热条件下，在水和醇的混合溶剂中，利用醋酸锌和碱的反应合成了具有孪晶界的手榴弹形和哑铃形Zn

4、O微／纳米晶体，通过调节反应体系中水和摘要异丙醇的体积比和改变不同的碱来调节ZnO的形貌，发现当混合溶剂中醇的含量逐渐增大时，ZnO的长径比逐渐减小，且只有在使用弱碱的条件下才能生成具有孪晶界的结构。结合有机酸的刻蚀实验结果，提出了哑铃形和手榴弹形ZnO的生长模式，认为两种形貌的ZnO都是从孪晶界向两端生长的。另外，通过碱的刻蚀实验结果分析两种结构的端面的晶面类型是不同的，前者是富阴离子极性面{ooo．1}面，后者是富阳离子极性面{o001)面。关键词：溶剂热；ZnO微／纳米晶体；气敏；光催化IIAbstractAnisotropyisabasicpropertyofsi

5、nglecrystals，andthevariousfacetsordirectionsinacrystalmayexhibitdifferentphysicalandchemicalproperties．Therefore，thecontrolofthemorphology(thesurfacestructure)ofmicro一／nano-crystalCanbeusedtotunechemicalandphysicalpropertiesofcrystals，especiallyinnanomctcrscale，asthesurfacesbecomedominant

6、innanoscale．Nowadays，controlofsizeandmorphology(crystalplanes)ofnanocrystalshasbeenoneofresearchhotspotinnano—scienceandtechnology．Inthisthesis，ZnOmicro／nanocrystalswithvariousmorphologieshavebeensynthesizedusingorganicreagentsassolventsundersolvothermalcondition．ShapeandsizeofZnOcrystals

7、havebeentunedbychangingsolvents，alkalineconcentrationorvolumeratioofmixedsolvents．TheinfluencesofthesefactorsonthefinalmorphologiesofZnOarediscussed．Basedonthestructuralanalysis，wediscusstheformationmechanismofZnOnanocrystalswithvariousmorphologies．thegassensitivity