燃料／氧化剂比值对ZnO超细粉体形貌和光催化性能的影响
过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及生长机制研究
过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及生长机制研究过氧化锌（ZnO）是一种重要的半导体材料，在能源、光电子学和生物医学等领域有广泛的应用。
而过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及生长机制研究对于其性能和应用的进一步改进具有重要意义。
本文将从形貌控制的方法和生长机制两个方面对过氧化锌纳米颗粒展开详细的研究。
首先，我们来讨论过氧化锌纳米颗粒的形貌控制方法。
形貌控制主要指的是在合成过程中通过调控实验条件或添加助剂来控制纳米颗粒的形状和尺寸。
其中，溶剂热法是一种常用的方法。
通过控制反应溶液中的温度，可以实现过氧化锌纳米颗粒的不同形貌。
此外，还可以利用溶液中的离子浓度和pH值等参数来调控纳米颗粒的形貌，例如，可通过添加有机分子或无机盐来实现纳米颗粒的定向生长和形貌控制。
此外，还可以利用模板法、电化学沉积法等方法来控制纳米颗粒的形貌。
接下来，我们将研究过氧化锌纳米颗粒的生长机制。
过氧化锌纳米颗粒的生长机制可以分为两种基本过程：核生成和后续生长。
核生成是指在溶液中形成起始的纳米晶核，后续生长则是指在这些核的基础上迅速增长形成完整的纳米颗粒。
关于过氧化锌纳米颗粒的核生成机制，研究者们提出了几种可能的机制：一种是溶剂热法中离子聚集和结晶形成晶核的机制；另一种是在添加了表面活性剂或助剂的情况下，通过与有机分子或无机盐反应生成晶核的机制。
随后的后续生长过程中，纳米晶核将在溶液中快速增长，形成具有特定形貌的纳米颗粒。
除了理解核生成和后续生长的基本过程，研究者们还对过氧化锌纳米颗粒的生长机制进行了更深入的研究。
例如，他们发现过氧化锌纳米颗粒的生长具有热力学和动力学两个方面的特征。
热力学特征包括晶体表面能和溶液中的过饱和度等参数，而动力学特征则涉及到物质传输和界面反应等过程。
通过对这些特征进行系统研究，可以更好地理解和控制过氧化锌纳米颗粒的生长过程。
总之，过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及其生长机制的研究对于改进其性能和应用具有重要的意义。
通过调控实验条件和添加助剂，可以实现过氧化锌纳米颗粒的形状和尺寸的定向控制。
纳米zno的形貌特征及其光催化性能
江西科技师范大学学报Journal of Jiangxi Science &Technology Normal University摘要:通过低温沉淀结合热分解法和水热法制备出一系列不同形貌结构的ZnO 晶体,并对其物相组成、光学性质、微观形貌以及光催化性能进行表征。
结果表明∶80℃温度下保温3h~9h ,并经过热处理之后获得的ZnO 光催化剂,在紫外光照射120min 后甲基橙降解率为92.3%~94.4%,在紫外光照射60min 后亚甲基蓝降解率为90.6%~91.4%。
本文还初步探讨了ZnO 晶体生长行为和光催化机理。
关键词:ZnO ;形貌;生长机理;光催化性能中图分类号:TQ132.4文献标识码:A文章编号:1007-3558(2019)06-0026-05Research on Morphology Characteristics and PhotocatalyticActivity of nano-ZnOXu Weihang 1,2,Hu Liling 1,2,Zhang Ruibo 1,2,Su Kaiyu 1,2,Li Wenkui 1,2,*,Ai Jianping 1,2,*(1.School of Materials and Mechatronics Jiangxi Science &Technology Normal University,Nanchang 330038,Jiangxi,China;2.Jiangxi Key Laboratory of Surface Engineering,Nanchang 330038,Jiangxi,China )Abstract:A series of ZnO crystals with different morphologies were synthesized by combining precipitation withcalcinations method and hydrothermal method.The as-prepared samples were well-characterized by XRD,SEM,FT-IR and UV-Vis.The photocatalytic performance of photocatalyst ZnO was studied using an ultraviolet lamp as illumination deviceand methyl orange (MO ),methylene blue (MB )as stimulant pollutants.The degradation efficiency of MO solution was 92.3%~94.4%in 120min corresponding to ZnO crystals which was prepared in 80℃for 3h~9h,and the degradationefficiency of MB solution was 90.6%~91.4%in 60min.Finally,ZnO crystal growth behavior and a possible photocatalytic mechanism were proposed.Key words:ZnO;morphology;growth mechanism;photocatalytic activity纳米ZnO 的形貌特征及其光催化性能胥伟航1,2,胡丽玲1,2,张锐博1,2,苏开禹1,2,李文魁1,2,*,艾建平1,2,*(1.江西科技师范大学材料与机电学院,江西南昌330038;2.江西省材料表面工程重点实验室,江西南昌330038)收稿日期:2019-09-10修回日期:2019-11-04接受日期:2019-11-05基金项目:2019年江西省教育厅科学技术研究项目“Bi 2WO 6/石墨烯/ZnFe 2O 4磁性可见光催化剂的制备及其环境净化性能研究”、江西科技师范大学青年拔尖人才项目(2018QNBJRC005)、2019年“大学生创新训练计划项目”(201911318002和20191304093)。
纳米氧化锌光催化降解性能影响因素研究进展
纳米氧化锌光催化降解性能影响因素研究进展摘要：纳米氧化锌因为纳米材料本身独特的效应，使其有着独特的物理和化学性能，在日益重视环境的现在来说，纳米氧化锌的光催化降解性能越来越使人重视，本文对纳米氧化锌光催化降解性能的研究进行综述。
关键词：纳米氧化锌光催化性能影响1引言近年来随着社会科技的不断发展，社会污染也越来越严重，一些污染物自然降解较慢，随着人们的深入研究发现作为半导体的氧化锌因其独特的物理和化学性能，可使污染物在光催化下分解，自半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。
作为一种重要的光催化剂，纳米氧化锌有着比块体氧化锌更强的光催化能力。
一方面，这是因为量子尺寸效应会使半导体能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正，从而使纳米氧化锌获得了更强的氧化还原能力；另一方面，纳米氧化锌有比块体氧化锌大得多的比表面积，高比表面积使得纳米材料具有强大的吸附污染物的能力，这对提高催化反应的速度是十分有利的。
[1]2纳米氧化锌的光催化性能影响因素2.1形貌对光催化性能的的影响纳米氧化锌的制备技术决定了纳米氧化锌的微观形貌，进一步决定了其不同的光催化性能，纳米氧化锌的主要形貌有花状、棒状、片状、颗粒状等其他特殊结构。
周小岩等[2制备出三种不同形貌的纳米ZnO粉体，分别为纺锤状，棒状和片状。
纺锤状和棒状显露的（001）晶面相对非极性面其面积很小。
片状ZnO显露的（001）晶面相对非极性面其面积较大。
因此3种相貌的ZnO样品显露（001）晶面的大小顺序依次是：片状＞棒状＞纺锤状，其光催化活性大小也是片状＞棒状＞纺锤状。
经比较得出片状ZnO呈现出较高的光催化活性的结论。
其原因是ZnO晶体显露极性面的面积相对非极性面越大,其光催化活性越高。
特殊形貌的纳米氧化锌也同样受到重视，余花娃等[3]，以乙酸锌和氢氧化钾为原料合成纳米ZnO，该产物呈现形貌均一的海胆状结构。
溶剂配比对水热法制备纳米氧化锌形貌和光催化性能的影响
摘 要 ： 过 改 变水与 乙醇 用量 比 ， 用 溶 剂 热 法制 备 了不 同形貌 的 纳 米 Ｚ ０。 随 着水 通 采 ｎ
在 反 应 体 系 中 的 增 加 ， ｎ 的 形 貌 发 生 了规 律 性 的 变 化 。 当 溶 剂 中有 少量 水 时 （ 水 ）： ＺＯ Ｖ（
Ｖ（ 醇 ） １： ） 产 物 形 貌 为 粒 状 ； 量 增 加 （ （ ）：Ｖ（ 醇 ） １：１ ， 米 颗 粒 会 沿 ４ 乙 一 ２， 水 水 乙 一 ）纳
Ａｂｓｒ ｃ ：Ａ ｉ ｔａ ｔ ｓ ｍｐｌ ｏ ｅ ｗａ ｅ ｒ ｅ ｏ ｓ ｎｔ ｓ ｚ ａ ｉ ｕｓｙ ｍｏｒ ｈｏｌ ｉａ Ｏ ｅ ｅ ｒ ｕｔ ｓ ｒ ｐｏ ｔ ｄ ｔ ｙ ｈｅ ｉｅ ｖ ｒｏ ｌ ｐ ｏｇ ｃ １Ｚｎ ｂｙ ｓ — ｌｃ ｉ ｇ ｄｉｆ ｒ ｎｔｒ ｔｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｌａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｕ ｕ ｅ ｏｌ ｏ ｈｅ — ｅ ｔｎ ｆ ｅ ｅ ａ ｉ ｓ ｂｅ ｗｅ ｎ ｗａ ｅ ｎｄ ｅ ｈ ｎｏ ｓ ｒ ａ ｔｏｎ ｍ ｄｉ ｍ ｎｄ ｒ ｓ ｖ ｔ ｒ ｍａ ｏ ｉｉ ｎ． Ａｓ ｎｃ ｅ ｓｎｇ ｔ ｃ ｎｔ ｎｔ ｏ ｔ ｒ ｉ ｔ ｒ ａ ｔｏｎ， ｔ ｓ ｐ ｏ ｌｃ ｎｄ ｔｏ ｉ ｒ ａ ｉ ｈｅ ｏ ｅ ｆ ｗａ ｅ ｎ ｈｅ ｅ ｃ ｉ ｈｅ ｈａ ｅ ｆ ＺｎＯ
文 章 编 号 ： ６ ２６ ８ （ ０ １ ０ — ３ ５０ １ ７ — ９ 法 制 备 纳 米 氧 化 锌 形 貌 和 光 催 化 性 能 的 影 响
李 济 琛 。 家 齐 ，陈 克 正 万
（ 岛科 技 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 青 山东 青 岛 ２ ６ ４ ） ６ ０ ２
ｃ ａ ｇ ｄ ｇ ａ ｕ ｌ ． Ｓ ａ ｔｎ ｔ ｉｔｅ ｗａ ｅ （ Ｈ ２ ｈ ｎ ｅ ｒ ｄ ａｌ ｙ ｔ ｒ ｉ ｇ ｗｉｈ ａ ｌ ｌ ｔ ｒ Ｖ（ ： （ ｔ ａ ｏ ） １ ：２ ，ｔ ｅ ｍｏ — ｔ Ｏ） Ｖ ｅ ｈ ｎ １ 一 ） ｈ ｔ
从氧化锌矿制备高纯超细ZnO粉体
６０５ ） １ ９ ０
超细 Ｚ Ｏ具有 表 面效 应 、 ｎ 体积 效 应 、 久保 效 应 以及优 良的光 活性 、 电活性 、 结 活性 和催 化 活性 ， 烧
火焰 原子 吸 收 分 光 光 度 计 及 Ｉ
பைடு நூலகம்
（ Ｎ＋Ｍ） 等
Ｔ ｂｅ １ Ｃ ｍｐ ｎ ｎｓａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｌａ ｈｎ ｉ ａ ｌ ｏ ｏ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔｎ ｆｔ ｃ ｉｇ ｌ ｈ ｅ
６ ３ ２． ６ Ｏ． ４ Ｏ． Ｏ ４． ２ １． １ Ｏ． ３ Ｏ． ７ ０． ２ ７． ４ ７ ２ ３ ４ ４ １ ４ ０４
可用来 制造气 体传 感器 、 光 体 、 外线 遮 蔽材 料 、 荧 紫 变阻器 、 图像 记 录 材料 、 电 材 料 、 敏 电阻 、 效 压 压 高
催化剂 、 磁性 材 料 、 瓷 材 料 、 妆 品及 医药 材 料 。 陶 化 在橡胶 工 业 、 料 油 墨 等 领 域 也 有 应 用 前 景 ［ 。 染 １ 】
离子直 读 光 谱 仪 测 定 ； 比表 面 积 用 Ａ Ａ ２ １ 比 Ｓ Ｐ００ 表 面及 孔 隙 率 分析 仪 测定 ； 形 用 Ｄｍ ｘ似 型 ｘ 晶 ／ ａ一 射 线衍 射 仪进 行 鉴 定 ； 径 及 其 累 积 分 布 分别 采 粒
用 ＪＭ一９ Ｓ ５ ０扫 描 电镜 （ Ｅ 和 Ｊ １５激 光 粒 度 Ｓ Ｍ） Ｌ１５ 分布 测试 仪 测 定 。
维普资讯
第 １ ４卷第 ３期 ２０ ０ ２年 ６月
化 学 研 究 与 应 用
Ｃ ｅ ｃ ｌ ｓ ａｃ ｎ ｈ ｍｉａ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄＡｐ ｌ ａ ｏ ｐｉ ｔ ｎ ｃｉ
间隙掺杂中掺Au浓度对ZnO物理特性的影响
间隙掺杂中掺Au浓度对ZnO物理特性的影响1. 引言1.1 背景介绍氧化锌（ZnO）作为一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。
它具有优良的光电性能和化学稳定性，被广泛应用于透明导电膜、传感器、光电器件等领域。
然而，ZnO材料在某些方面仍存在着一些问题，如它在光电器件中的响应速度较慢、缺乏可调控性等。
为了改善ZnO材料的性能，人们常常通过掺杂来调节其物理和化学性质。
金（Au）作为一种优秀的掺杂元素，具有很高的电导率和化学稳定性，可以有效地改善半导体材料的性能。
因此，通过在ZnO材料中掺入金元素，可以有效地改善ZnO的光电性能，并且可以调控ZnO的各种物理特性。
然而，目前对于Au掺杂对ZnO性能的影响以及不同浓度的Au掺杂对ZnO物理特性的影响还存在较少的研究。
因此，深入研究Au掺杂对ZnO物理特性的影响，对于拓展ZnO材料的应用领域具有重要的意义。
1.2 研究目的研究目的是探究掺杂Au浓度对ZnO物理特性的影响规律，深入解析Au掺杂在ZnO中的作用机制，为实现定向调控ZnO材料的性能提供理论依据。
通过系统研究不同浓度的Au掺杂对ZnO的影响，揭示掺杂浓度与材料性能之间的关联，为优化ZnO材料的性能及应用提供科学依据和理论支持。
旨在为材料科学领域提供新思路和方法，推动ZnO材料在光电、光催化等领域的应用拓展，进一步提高材料的性能和稳定性，推动材料科学研究领域的发展和进步。
通过本次研究，预计可以为相关领域的研究和应用提供新的理论基础和实验依据，为相关产业的发展提供技术支撑和理论指导。
1.3 意义在材料科学领域，氧化锌（ZnO）是一种广泛应用的半导体材料，具有优良的物理和化学性质。
掺杂是改变材料性质和优化其应用的有效方法之一。
金（Au）是一种重要的掺杂元素，掺杂Au可以显著影响ZnO的物理特性。
研究掺杂中掺Au浓度对ZnO物理特性的影响具有重要的意义。
通过深入研究掺杂对ZnO性能的影响，可以为开发新型光电器件提供理论依据和实验基础。
稀土Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响
稀土Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响一、本文概述本文旨在探讨稀土元素Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响。
ZnO作为一种宽禁带半导体材料，因其优异的物理和化学性质，在光催化、太阳能电池、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，ZnO的光催化效率常常受到其光生电子-空穴对复合速率快的限制。
为了提高ZnO的光催化性能，研究者们常常采用元素掺杂、构建异质结等方法来改善其光生载流子的分离和传输。
稀土元素Ce因其独特的电子结构和光学性质，在掺杂改性中展现出巨大的潜力。
Ce的引入不仅可以调控ZnO的能带结构，提高其对可见光的吸收能力，还可以通过Ce的4f电子与ZnO的导带和价带之间的相互作用，抑制光生电子-空穴对的复合，从而提高ZnO的光催化活性。
本文首先通过文献综述，回顾了ZnO的光催化性能及其改性方法，重点介绍了稀土元素掺杂在ZnO改性中的应用。
随后，通过实验制备了不同Ce掺杂量的ZnO样品，并利用射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱等手段对样品的结构和光学性质进行了表征。
在此基础上，通过光催化降解有机污染物实验，评估了Ce掺杂对ZnO 光催化性能的影响，并探讨了其影响机制。
本文的研究结果将为进一步优化ZnO的光催化性能提供理论支持和实验依据，同时也为稀土元素在半导体材料改性中的应用提供新的思路和方法。
二、文献综述在过去的几十年里，氧化锌（ZnO）作为一种重要的半导体材料，在光电器件、气体传感器和光催化等领域受到了广泛的关注。
尤其是其优异的光催化性能，使得ZnO成为环境净化、能源转换等领域的研究热点。
然而，ZnO的宽带隙（约37 eV）限制了其只能吸收紫外光，限制了其在可见光催化领域的应用。
为了拓宽ZnO的光响应范围并提高其光催化活性，研究者们尝试了各种方法，其中稀土元素掺杂是一种有效的手段。
稀土元素，如铈（Ce），具有特殊的电子结构和光学性质。
Ce离子的引入不仅可以调节ZnO的能带结构，还可能引入新的缺陷能级，从而拓宽其光吸收范围。
形貌控制的ZnO纳米材料红外光谱研究与分析
第一章引言自上个世纪初以来，随着科学技术的飞速发展，人类对自然界的认识无论是从宏观还是微观都取得了前所未有的突破，人类认识世界、改造世界的能力不断增强。
进入二十一世纪以来，科学技术的发展主要围绕着四太领域：信息科学、生命科学、环境科学和纳米技术。
其中，纳米技术已经成为贯穿物理学、化学、材料学、医学、微电子学等多门学科的综合性科学，而纳米材料所表现出来的独特而优越的性能吸引了越来越多科学家的兴趣。
由于氧化锌的独特性能以及纳米材料的优异特性，使得近年来纳米结构氧化锌的研究呈现出逐年增加的趋势，人们采用各种各样的方法制备出各种不同形态的纳米氧化锌材料，以得到更优越的性能。
§１．１氧化锌材料的基本性质氧化锌（ｚｎＯ），俗称锌白，白色或浅黄色晶体或粉末，无毒、无臭，是两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶于强酸和强碱，在空气中能吸收二氧化碳和水。
如图１．１所示，氧化锌的结构为六方晶体（纤锌矿结构），其密度为５．６０６∥ｃｍ３，晶格常数ａ＝３．２４９５眦，ｃ＝５．２０６９ｍ，在晶体的结构中每个Ｚｎ（锌）原子与四个Ｏ（氧）原子按四面体排布。
其熔点是１７９５℃，其线性膨胀系数：ａ轴方向６，５×１０。
６／℃，ｃ轴方向３．Ｏ×ｌＯ‘６／℃，其性能见表１。
图１一ｌ氧化锌六方晶体结构示意图ｚｎＯ具有压电和光电特性，是一种直接带隙的宽禁带ｎ型半导体材料。
ｚｎＯ室温下的禁带宽度为３．４ｅｖ，激子束缚能高达６０ｍｅｖ，比室温热离化能２６ｍｅＶ大很多，激子（在价带自由运动的空穴和在导带自由运动的电子，重新束缚在一起，形成束缚的电子一空穴对）不会被电离。
由于具有大的束缚能的激子更易在室温实现高效率的激光发射，所以图１—２用气相输运的方法生长得ｚｎｏ纳米线的高分辨扫描电镜照片２００２年，美国ｗａｋｅＦｏｒｅｓｔ大学的ＴｎｚｅＩｎｅｎ等用反应溅射的方法制备出Ｐ型Ｚｎｏｌ“】。
２００３美国加州大学伯克利分校的ＨＰＹ姐㈣等利用化学气相输运的方法在没有催化剂的情况下制备出四脚状和梳状结构的ｚｎＯ纳米结构。
ZnO光催化剂的活性研究
ZnO光催化剂的活性研究ZnO光催化剂是一种广泛应用于环境净化、水处理和有机废物降解等领域的重要催化剂。
其优点包括低毒性、高效能、成本低等。
近年来，随着人们对环境污染问题的重视，对ZnO光催化剂的活性研究也越来越多。
研究表明，ZnO光催化剂的活性主要取决于其晶体结构、表面形貌、光吸收能力和载流子的分离效率。
首先，ZnO的晶体结构对其活性具有重要影响。
ZnO具有多种晶体结构，其中最常见的是六方晶体结构。
研究发现，六方晶体结构的ZnO比其他结构更具催化活性。
这是因为六方结构的ZnO具有更高的比表面积和更好的晶格缺陷，从而有利于光催化反应的进行。
其次，ZnO的表面形貌也对其活性起到重要作用。
研究发现，不同形貌的ZnO材料在光催化反应中表现出不同的活性。
例如，球形纳米颗粒状的ZnO表现出较好的光催化活性，这是因为球形颗粒具有较大的比表面积，从而增加了光催化反应的活性位点数量。
光吸收能力是另一个影响ZnO光催化剂活性的重要因素。
ZnO具有宽带隙能带结构，能够吸收紫外光。
因此，提高ZnO的光吸收能力有助于提高其光催化活性。
研究发现，通过控制ZnO的材料合成方式，例如改变ZnO的粒径或引入杂质，可以调控其光吸收能力，从而提高光催化活性。
最后，载流子的分离效率对ZnO光催化剂的活性也具有重要影响。
在光催化过程中，光生载流子需要尽量快速地被分离，以免复合而影响光催化活性。
研究发现，通过调控ZnO的晶格缺陷或引入共催化剂，可以有效提高载流子的分离效率，从而提高ZnO的光催化活性。
综上所述，ZnO光催化剂的活性研究主要涉及其晶体结构、表面形貌、光吸收能力和载流子的分离效率等方面。
通过调控这些因素，可以有效提高ZnO的光催化活性，从而为环境净化和废物降解等领域提供更可靠的解决方案。
ZnO光催化剂的活性研究是一个多方面的综合课题，涉及到材料科学、物理化学、光电子学等多个学科的知识与技术。
在此基础上，研究者采取不同的方法来改进ZnO光催化剂的活性。
ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理
ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理一、本文概述氧化锌（ZnO）作为一种宽禁带直接带隙半导体材料，因其独特的物理和化学性质，在发光二极管、太阳能电池、透明导电薄膜、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，ZnO中本征缺陷和掺杂的存在对其性能产生了显著影响。
因此，深入研究ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理，对于优化ZnO基器件的性能和推动相关领域的科技进步具有重要意义。
本文旨在全面综述ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理。
我们将介绍ZnO的基本性质和制备方法，为后续研究奠定基础。
接着，我们将详细分析ZnO中的本征缺陷类型及其对发光性能的影响，包括氧空位、锌空位、锌间隙原子等。
在此基础上，我们将进一步探讨掺杂元素对ZnO发光性能的影响，包括掺杂类型、掺杂浓度等因素。
我们将总结ZnO中本征缺陷和掺杂的作用机理，并提出未来研究方向和潜在应用。
通过本文的综述，我们期望能够为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，推动ZnO基器件的性能优化和科技进步。
二、ZnO的本征缺陷与发光ZnO作为一种宽禁带半导体材料，其本征缺陷在发光性质中起着至关重要的作用。
ZnO的本征缺陷主要包括锌间隙原子(Zn_i)、氧空位(V_O)、锌空位(V_Zn)以及反位缺陷(O_Zn和Zn_O)等。
这些缺陷的存在不仅影响了ZnO的电子结构，还在很大程度上决定了其发光性质。
锌间隙原子(Zn_i)和氧空位(V_O)作为施主型缺陷，它们可以在ZnO的导带中引入额外的电子，从而改变其电子浓度和费米能级位置。
这种电子浓度的变化会进一步影响ZnO的光致发光(PL)性质，导致可见光波段的发光增强。
锌空位(V_Zn)和反位缺陷(O_Zn和Zn_O)通常作为受主型缺陷存在，它们可以在价带中引入空穴。
这些空穴与导带中的电子复合时，会释放出能量，表现为发光现象。
特别是深能级缺陷，如锌空位和反位缺陷，它们的发光通常位于近红外或红外波段，对于ZnO在光电器件中的应用具有重要意义。
ZnO的体相和表面改性及可见光光催化性能解析
ZnO的体相和表面改性及可见光光催化性能ZnO因价廉、无毒、来源广、光催化活性高而受到人们的广泛关注,但是,由于其带隙较宽,只能被紫外光激发,而太阳光谱中仅含有5%左右的紫外线,因而对太阳光的利用率低,而且ZnO由于易发生光腐蚀,光稳定性较差,从而大大降低了光催化活性,不利于其在环境治理中的应用。
因此,通过对ZnO的掺杂改性从而获得既具有光稳定性,又具有较高可见光光催化活性的ZnO光催化剂成为极具挑战性的课题,也是当前国际研究的前沿。
本论文研究了C掺杂及表面络合物形成对ZnO可见光光催化活性和光稳定性的影响。
选择4-氯苯酚、2,4-二氯苯酚、苯酚和甲醛为目标降解物研究其可见光光催化活性和光稳定性能,运用各种现代分析测试手段,如:X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱、N_2吸附及荧光光谱(PL)等对其进行表征,探讨了其结构变化与光催化性能的关系。
其主要研究结果如下:(1)以ZnCl_2与乙二醇合成反应生成有机含锌化合物,然后将该有机物煅烧制成C掺杂ZnO。
该催化剂中的C取代了ZnO中的晶格氧,从而使其光响应范围从紫外光区拓展到可见光区。
光催化性能测试表明其在室内日光灯照射下能有效地使甲醛矿化为CO_2,而且其光催化活性优于目前光催化活性最好的N掺杂TiO_2。
(2)酚类化合物(PC)如:4-氯苯酚、2,4-二氯苯酚、苯酚都能与ZnO形成表面络合物。
4-氯苯酚与ZnO形成的表面络合物通过酚Zn-O-Ph-Cl键与ZnO相结合,这个键强于4-氯苯酚与YiO_2形成的表面络合物上的酚Ti-O-Ph-Cl键。
这些表面络合物在可见光激发下发生配位体向余属中心的电荷转移,使ZnO的光吸收响应范围从紫外区拓展到可见光区,从而使ZnO具有较高的可见光光催化降解酚类化合物的催化活性。
在可见光照射下,ZnO光催化降解4-氯苯酚的光催化活性比TiO_2在同样条件下高3.7倍,ZnO比TiO_2可见光光催化活性高是因为PC/ZnO 比PC/TiO_2具有更高的光电流,说明前者比后者有更多的电荷转移。
ZnO纳米棒改性CaCO_(3)的光催化性能
南 京 工 业 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版）
４６８
善纸张平滑度和造纸强度 ［７］ 。 然而 ＣａＣＯ ３ 自身不
１ ２ 主要设备及仪器
通过改性赋予 ＣａＣＯ ３ 新的性能和提高 ＣａＣＯ ３ 增强
ｍｉｎ，取上清液，设置波长为 ５５４ ｎｍ，测试吸光度。 由
于在一定质量浓度范围内，溶液吸光度与质量浓度成
正比，因此由式 （１）计算降解率（Ｙ）。
ρ０ －ρ
Ａ０ －Ａ
× １００％ ＝
× １００％
Ｙ＝
ρ０
Ａ０
４６９
表明获得的复合粉体包含 ＺｎＯ 和 ＣａＣＯ ３ ，且机械球
磨没有破坏 ＺｎＯ 和 ＣａＣＯ ３ 的晶体结构。
ｍｉｎ ｕｎｄｅｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｇｈｔ， ｗｈｉｌｅ ｉｔ ｔｏｏｋ ４０ ｍｉｎ ｕｎｄｅｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＺｎＯ ｎａｎｏｒｏｄｓ； ｗａｔｅｒ ｐｈａｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ； ｈｅａｖｙ ＣａＣＯ３ ； ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；
１ ３ ＺｎＯ 纳米棒及 ＺｎＯ ／ ＣａＣＯ ３ 复合粉体的制备
用一锅 法 将 Ｆｅ ２ Ｏ ３ 与 ＣａＣＯ ３ 复 合， 进 而 催 化 氧 化
随着科技进步和经济发展，人们对生活质量和
生存环境的要求不断提高，极度渴望获得节能、环
保型产品。 光催化氧化技术是一种高效、环保、安
全的环境净化技术，可将有机污染物、有毒气体氧
表明：通过水相机械球磨能使 ＺｎＯ 纳米棒均匀分散在 ＣａＣＯ３ 粉体中，获得的 ＺｎＯ ／ ＣａＣＯ３ 复合粉体表现出很好的光
光响应的纳米粒子zno
光响应的纳米粒子zno纳米粒子ZnO是一种具有光响应性质的材料，其在光催化、光电子学和光化学等领域有着广泛的应用。
本文将以人类的视角来描述纳米粒子ZnO的光响应特性，让读者感受到这种材料的神奇之处。
让我们来了解一下纳米粒子ZnO的基本特性。
纳米粒子ZnO是由氧化锌组成的微小颗粒，其尺寸通常在纳米级别，具有较大的比表面积和量子尺寸效应。
这使得纳米粒子ZnO在光响应方面表现出了独特的性质。
当纳米粒子ZnO暴露在光线下时，它会吸收光能并将其转化为其他形式的能量。
这一过程涉及到材料内部的电子和空穴的运动。
当光线照射到纳米粒子ZnO表面时，光子的能量被吸收，激发了材料中的电子和空穴。
这些激发的载流子会在材料中自由移动，并参与到各种光响应的反应中。
纳米粒子ZnO的光响应主要表现在以下几个方面。
首先，纳米粒子ZnO可用于光催化反应。
当纳米粒子ZnO暴露在光线下时，其表面会产生活性氧物种，如氢氧自由基和羟基自由基。
这些活性氧物种能够与有机物质发生氧化反应，从而实现水和空气的净化、废水处理和有机物的降解等环境应用。
纳米粒子ZnO还可以应用于光电子学领域。
由于纳米粒子ZnO具有优异的光电性能，可以将其用于光电探测器、光电传感器和光电二极管等光电子器件的制备。
这些器件可以将光信号转化为电信号，实现光信号的检测和传输。
纳米粒子ZnO还在光化学方面具有重要的应用价值。
纳米粒子ZnO 可以作为催化剂参与到光化学反应中，促进反应的进行。
例如，纳米粒子ZnO可用于光解水反应，将光能转化为化学能，并产生氢气和氧气。
这种反应有望实现可持续能源的制备和利用。
纳米粒子ZnO作为一种具有光响应性质的材料，在光催化、光电子学和光化学等领域有着广泛的应用前景。
通过光的激发，纳米粒子ZnO可以实现各种有益的化学反应和能量转化。
相信随着科学技术的不断发展，纳米粒子ZnO的应用会更加广泛，为人类带来更多的福祉。
不同形貌纳米ZnO的合成及其光催化性能研究
离子 水 ， 加入 １Ｏ 再 ． ｇ的 Ｐ Ｇ ６ ０配制成 ０ ８ ｌＬ的 Ｅ ０ ． ｍｏ／ 溶液； 称取 ３ ． ｇ的 ＮＨ Ｏ １６ ＨＣ 。配 制 成 ２ ０ ｌＬ的 ． ｍｏ／
溶液 。然后 将 ＮＨ ＨＣ 溶 液缓 慢 滴 加 到 锌 盐 溶 液 Ｏ。
米氧化 锌 。详 细研 究 了反 应终 点 ｐ 值 及沉 淀前 驱 物 Ｈ 的后 处理方 式等对粉 体 的晶体 结构 、 貌 、 形 粒径 分布 和 团聚状 况的影 响 。通 过调 节反应 条件 可分 别获得 网络
中。根据沉 淀剂 加 人 量 的不 同 ， 应混 合 体 系 的 终点 反 ｐ 值 有 所 不 同 。 将 所 得 沉 淀 物 用 ｌ ｌＬ 的 Ｈ ｍｏ／ ＮＨ Ｏ 溶 液 （ Ｈ ７ ８ ） ＨＣ 。 ｐ ． ０ 和无 水 乙醇 分别洗 涤 ３ ， 次
状或颗 粒状 纳米氧化 锌 ； 光催化 降解 实验 结果表 明 ， 网
Байду номын сангаас
暗处静 置 ２ ｍｉ ， 节 悬 浮 体 系 到适 当 的 ｐ 值 ， ０ ｎ调 Ｈ 用 ５ ０ 高压汞 灯 （ ：３ ５ ｍ） ０Ｗ ６ ｎ 照射 （ 与 样 品 池 的距 灯 离为 ｌ ｃ ， 隔 １ ｍｉ 样 １ ， 节 ｐ 脱 附 Ｒ Ｂ ６ｍ） 每 ０ ｎ取 次 调 Ｈ ｈ
络状 纳米氧化 锌 的 光催 化 性 能优 于纳 米颗 粒 状 产 物 ， 而且该 网络状 和颗 粒状 纳米氧化 锌 的光 催 化 活性 均 明
显 优 于 商 品 光 催 化 剂 Ｐ ５ ２。
６ ℃烘干后 ４ ０ Ｏ ０。 烧 ２ ， Ｃ煅 ｈ 即得 到纳 米 粉体 。产 物编 号为 Ｚ Ｏ ｚ ｚ代 表反 应混 合 体 系 的终 点 ｐ 值 。如 ， ｎ —， Ｈ
纳米ZnO及复合物的可控制备与光催化性能研究
纳米ZnO及复合物的可控制备与光催化性能研究一、本文概述随着环境问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物降解手段，受到了广泛的关注和研究。
在众多光催化剂中，氧化锌（ZnO）因其独特的物理和化学性质，如宽禁带、高激子结合能以及优异的光电性能，被认为是一种理想的光催化材料。
然而，ZnO在实际应用中仍面临一些挑战，如光生电子-空穴对的快速复合、可见光利用率低等。
为了解决这些问题，研究者们尝试通过制备ZnO复合物、调控其形貌和结构等方式来提高其光催化性能。
本文旨在研究纳米ZnO及其复合物的可控制备方法，并探讨它们的光催化性能。
我们将介绍纳米ZnO及其复合物的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水热法、微波辅助法等，并对比各种方法的优缺点。
然后，我们将重点讨论如何通过调控制备条件，如温度、浓度、时间等，来实现纳米ZnO及其复合物的形貌、结构和性能的调控。
接着，我们将对所制备的纳米ZnO及其复合物进行光催化性能评价，包括光催化降解有机物、光催化产氢等方面，并通过对比实验，探究不同制备方法和条件对光催化性能的影响。
我们将总结本文的主要研究成果，并提出未来可能的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，我们期望能够为纳米ZnO及其复合物在光催化领域的应用提供理论基础和技术支持，同时也为其他光催化材料的研究和开发提供借鉴和参考。
二、文献综述纳米ZnO及其复合物作为一种重要的半导体材料，近年来在光催化领域受到了广泛关注。
其独特的物理和化学性质，如大的比表面积、高的光催化活性以及良好的稳定性，使得纳米ZnO在光催化降解有机物、光解水产氢、太阳能电池和气体传感器等领域具有广阔的应用前景。
早期的研究主要集中在纳米ZnO的合成方法上，如溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热法、气相法等。
随着纳米科技的不断发展，研究者们开始关注纳米ZnO的形貌控制，以期获得具有更高光催化活性的材料。
例如，通过调节反应条件，可以制备出不同形貌的纳米ZnO，如纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米花等。
基于氧化锌纳米材料的光电器件研发与性能分析
基于氧化锌纳米材料的光电器件研发与性能分析光电器件是应用于光电子技术领域的重要组成部分，能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能。
因此，光电器件的研发与性能分析对于推动光电子技术的发展至关重要。
近年来，基于氧化锌纳米材料的光电器件在光电子技术领域得到了广泛应用和研究。
氧化锌具有宽带隙、高透明度和高电子迁移率等优异性能，是一种理想的光电器件材料。
基于氧化锌纳米材料的光电器件研发涉及多个方面，如太阳能电池、光电晶体管和紫外探测器等。
首先，基于氧化锌纳米材料的太阳能电池是光电器件研发的重要方向之一。
太阳能电池主要依靠半导体材料对光的吸收和电荷分离来实现光电转换。
以氧化锌纳米材料为阳极材料的太阳能电池具有高光电转换效率、稳定性好和低成本等优势。
在研发过程中，可以通过控制氧化锌纳米材料的形貌、尺寸和晶体结构等参数来调节太阳能电池的光电转换性能。
同时，还可以通过将氧化锌纳米材料与有机半导体材料相结合，构筑异质结构来提高太阳能电池的光吸收和电子传输效率。
其次，氧化锌纳米材料在光电晶体管方面的研发也具有重要意义。
光电晶体管是一种光控制电流的器件，是集成光电子学领域的核心元件之一。
以氧化锌纳米材料为通道材料的光电晶体管具有高迁移率、快速响应速度和稳定性好等优势。
在研发过程中，可以通过控制氧化锌纳米材料的厚度、形貌和掺杂方式等来调节光电晶体管的导电性能和光电特性。
此外，还可以通过引入表面修饰剂、界面工程和器件结构优化等手段来提高光电晶体管的性能。
此外，基于氧化锌纳米材料的紫外探测器也是光电器件研发的重要方向之一。
紫外探测器是一种能够探测紫外光信号并将其转化为电信号的器件，被广泛应用于光电子学、环境监测和生物医学等领域。
以氧化锌纳米材料为敏感层的紫外探测器具有高灵敏度、快速响应和宽波长范围等特点。
在研发过程中，可以通过调节氧化锌纳米材料的厚度、形貌和掺杂方式等来优化紫外探测器的光电特性和探测性能。
同时，还可以通过结合微纳加工技术、表面修饰和光学增强等手段来提高紫外探测器的灵敏度和稳定性。
zno光催化机理探索
zno光催化机理探索ZnO光催化机理探索介绍ZnO是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料。
它具有良好的光吸收性能和高的电子传输效率，因此被广泛用于水处理、空气净化、有机废水处理等领域。
但是，ZnO光催化机理仍然存在许多争议。
本文将探讨目前已知的ZnO光催化机理，并分析其优缺点。
ZnO光催化过程ZnO在紫外线照射下可以吸收能量并激发电子从价带到导带跃迁，产生电子空穴对。
这些电子空穴对可以在表面上参与氧化还原反应，从而实现污染物降解。
1. 直接电子转移最初认为，ZnO光催化反应是通过直接电子转移实现的。
这种机制假设污染物分子直接与激发态的电子或空穴相遇并发生氧化还原反应。
然而，这种机制存在一个问题：激发态的电子和空穴很快就会重新结合形成基态，因此很难将它们引导到污染物分子上。
2. 间接电子转移为了解决直接电子转移机制的问题，人们提出了间接电子转移机制。
这种机制假设激发态的电子和空穴在表面上与吸附的分子相遇，从而产生氧化还原反应。
这种机制可以通过控制ZnO表面的吸附物质来实现。
3. 氧化还原对最近，一些研究者提出了氧化还原对机制。
这种机制假设ZnO表面存在一些特殊的位点，可以促进电子和空穴的结合，并形成氧化还原对。
这些氧化还原对可以在表面上参与氧化还原反应，并将其传递到溶液中。
优缺点分析直接电子转移机制简单易懂，但是无法解释实验中观察到的现象。
间接电子转移机制可以解释实验结果，但是需要控制表面吸附物质，因此操作难度较大。
氧化还原对机制能够解释一系列实验结果，并且不需要控制表面吸附物质，因此被认为是最有可能的光催化机理。
总结虽然ZnO光催化机理仍然存在争议，但是氧化还原对机制被认为是最有可能的机理。
未来的研究应该集中在这个方向上，以进一步探索ZnO光催化反应的机理和性能。
纳米ZnO粉体的制备及其影响因素
第41卷 第4期厦门大学学报(自然科学版)Vol .41 No .4 2002年7月Journal of Xia men University (Natural Science )Jul .2002 文章编号:0438-0479(2002)04-0472-04纳米ZnO 粉体的制备及其影响因素收稿日期:2001-11-19基金项目:国家自然科学基金(29773037,29933040,20023001)和福建省自然科学基金(E991001,E0010006)资助项目作者简介:许宗祥(1978-),男,硕士研究生.＊通讯联系人许宗祥,张 健,林敬东,陈鸿博,廖代伟＊(厦门大学物理化学研究所,化学系和固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005)摘要:采用均匀沉淀法,以六水合硝酸锌为原料,尿素为沉淀剂,在不同反应条件下,合成不同晶粒尺寸的纳米氧化锌,用XRD 、TE M 和BET 等方法表征所合成产品的形貌和平均晶粒度等,讨论不同反应条件对产物性能的影响,并确定最佳反应条件.实验表明,在Zn 2+浓度为0.2mol /L 、与尿素的量比为1∶4时投料,于124℃搅拌下反应3.5h ,经离心洗涤和超声波处理,粗产物于80℃烘干后,在200℃煅烧3h ,所得产物平均粒径为32.8nm ,且粒径分布窄、分散性好,产率在85%以上.关键词:纳米氧化锌;均匀沉淀法;透射电镜中图分类号:O 642文献标识码:A 纳米ZnO 粉体通常称之为活性氧化锌,在橡胶生产行业中,作为硫化促进剂及脱硫剂,使橡胶具有良好的耐磨性、耐撕裂性和弹性.还可以用作合成塑料的光稳定剂及合成氨生产过程中的催化剂.此外,在颜料、油墨、化妆品、聚合物填料和光敏材料等领域都具有广泛的应用前景[1].目前生产纳米氧化锌主要采用沉淀法,如,利用化学反应合成草酸锌沉淀,后在460℃下煅烧[2],或合成Zn (OH )2沉淀,再在600℃下煅烧[3].作为工业生产,高温煅烧能耗太高,本文从降低能耗和成本出发,采用均匀沉淀法,充分考虑实验中各影响因素,进行优化,利用尽量低的成本制备出合格的产物.其基本反应如下:CO (NH 2)2+3H 2O =CO 2←+2NH 3·H 2O Zn 2++2NH 3·H 2O =Zn (OH )2↑+2NH +4Zn (OH )2=ZnO +H 2O 1 实验部分1.1 合 成所用试剂均为分析纯,定量称取Zn (NO 3)2·6H 2O 和C O (NH 2)2、并均匀溶于烧杯,配成指定浓度(以Zn 2+浓度为标准mol /L )的溶液,置烧杯于磁力加热搅拌器上,用油浴加热,升至设定温度、搅拌反应并静置陈化,离心分离洗涤、超声波处理、干燥,得到粗产物沉淀物,粗产物在马福炉中煅烧得到最后产物.改变反应条件,可得到不同产物.通过TE M 、XRD 和BE T 表征,正交法对比各产物粒径、分散性和产率,经优化选择,可得到最佳反应条件,再以此反应条件制备得到目标产物纳米氧化锌.1.2 产物(纳米ZnO )的表征表征所用标样为上海化工厂生产的分析纯ZnO ,目标产物的合成条件是Zn 2+浓度为0.2mol /L ,与尿素的量比为1∶4,124℃反应3.5h ,200℃煅烧3h .(1)XRD 表征在D /max -rC 型转靶x -射线衍射仪上进行产物X 射线粉末衍射实验,扫描范围30°～70°,扫描速度4°/min .标样和目标产物衍射图和主要数据分别示于图1、图2和表1.由谱图可看出所制得的目标产物不存在Zn (OH )2等其它可能物相的杂峰,产物衍射峰数据与标准数据一致,表明合成产物纯度高.(2)BE T 表征以N 2为吸附质,采用静态氮气吸附法,用Carlo Erba Sorptomatic 1900型吸附仪,测得产物的比表面积为32.54m 2/g ,根据公式:D =6/(ρ＊A ),可得目标产物平均粒径为32.8nm . 图1 标样XRD 图(分析纯ZnO ,上海化工厂产) Fig .1 XRD profile of the normative ZnO (ZnO ,AR)图2 目标产物的XRD 图(纳米ZnO )Zn 2+浓度为0.2mol /L 、与尿素的量比为1∶4,124℃反应3.5h ,200℃煅烧3hFig .2 XRD profile of the objected product (nanoscale ZnO )表1 XRD 谱图的主要峰与标准卡资料数据的对比Tab .1 XRD dataD /10-10mol ·L -1资料数据实验值I /I 0资料数据实验值2.8142.80757652.6032.59644452.4762.470100100(3)TE M 表征用JE M -100CX Ⅱ型透射电子显微镜,在1×105倍放大倍数下,如图3所示,可观察到颗粒呈规则的圆形颗粒状、无明显团聚,产物粒径分布为20～40nm 、且分布区间较均匀,与BE T 测得的平均粒径相符.图3 目标产物的TE M 图(纳米ZnO )Zn2+浓度为0.2mol /L 、与尿素的量比为1∶4,124℃反应3.5h ,200℃煅烧3hFig .3 TEM picture of the objected product (nanoscale Zn O )2 结果与讨论根据谢乐宽公式,以XRD 特征峰宽为粒径指标,峰宽值越大,晶粒度越小[1].不同反应条件对产物的产率和晶粒度指标的影响如表2所示.根据表2数据,再结合所得产物的透射电镜表征图,通过正交化对比,即,固定一系列反应条件,只改变某单一反应条件,观察产物性能变化,得出该条件对反应的影响,选择最佳的反应条件.结果表明:1)实验中反应温度、时间、反应物料配比和浓度对产物的粒径、产率的影响与相关文献基本一致.如表2所示,提高反应温度和时间有利于提高产率,但过高的温度和太长的时间将使产物粒径增大,团聚厉害,性能降低.比较T1、T2、T3和C1、C2、C3可确定最佳反应温度为124℃、最佳反应时间为3.5h .同样,只有恰当的物料配比和反应物浓度,才可在不影响产物性能下获得较高的产率,对比A1、A2、A3、A4、B1和B2,可确定最佳Zn 2+浓度为0.2mol /L ,其与尿素的量比为1∶4时最好.2)煅烧时间和温度是影响产物性能的重要因素,更是生产中节省能耗的关键.煅烧温度过高或煅烧时间过长,都会使ZnO 粒径增大,煅烧温度过低或时间太短,反应又不完全.所以在保证Zn (OH )2沉淀分解完全的基础上,煅烧温度越低、煅烧时间越短越好.本文通过对初级产物Zn (OH )2沉淀做差热分析,可知Zn (OH )2在58℃开始失水,到178℃时已经完全分解成为ZnO .结合表2中产物B1、D1、D2和D3的相关数据及图4,可看出,200℃下煅烧晶粒度指标明显优于其它温度.升高温度煅·473·第4期 许宗祥等:纳米ZnO 粉体的制备及其影响因素表2 不同反应条件对产物的影响Tab .2 Influence of different reaction conditions4,17＊2,9,6,13样品反应条件配比浓度/mol ·L -1温度/℃时间/h 煅烧条件时间/h 温度/℃产率峰 宽A11∶10.21282335020.120.570/0.570/0.570A21∶20.21282335037.050.810/0.810/0.870A31∶30.21282335061.730.540/0.540/0.540A41∶40.21282335076.600.570/0.570/0.600B11∶30.412823350650.540/0.510/0.540B21∶30.81282335049.360.570/0.540/0.570T11∶30.41152335014.190.405/0.405/0.390T21∶30.41242335040.020.360/0.345/0.405T31∶30.41382335074.950.375/0.375/0.405C11∶30.41283335081.140.540/0.510/0.540C21∶30.41283.5335084.880.540/0.540/0.540C31∶30.41284335085.120.540/0.540/0.540C41∶30.41282.5335061.250.540/0.540/0.540D11∶30.41282330053.540.540/0.540/0.540D21∶30.41282325052.830.570/0.540/D31∶30.41282320053.760.600/0.600/0.630E11∶30.4124223000.360/0.360/0.390E21∶30.4124243000.345/0.375/0.390(a ) (b)(c ) (d ) 图4 不同温度下煅烧产物的TEM 图a .200℃;b .250℃;c .300℃;d .350℃ Fig .4 TE M pictures of products calcined at different temperatures·474·厦门大学学报(自然科学版) 2002年烧,粒径明显增大,且团聚利害.所以,200℃为最佳煅烧温度.由D1、E1和E2则可看出,煅烧3h 所得的产物晶粒度指标最好.3 结 论利用本实验报道的均匀沉淀法置备纳米ZnO ,设备简单,原料价廉易得,反应条件温和.实验结果表明,当Zn 2+浓度为0.2mol /L ,按与尿素的量比为1∶4投料时,于124℃,搅拌下反应3.5h ,反应所得溶液经过离心洗涤和超声波处理,粗产物在红外烘箱80℃烘干后,在200℃下煅烧3h ,所制得的产物粒径小且分布区间小、颗粒分散度好、产率高、煅烧温度低,可大大降低工业生产的能耗,是一种具有产业化应用前景的制备方法.参考文献:[1] 张立德,牟季礼.纳米材料和纳米结构[M ].北京:科学出版社,2001.[2] 俞建群,贾殿赠,郑敏峰.纳米氧化镍、氧化锌的合成新方法[J ].无机化学学报,1999,15(1):95-98.[3] 徐甲强,潘庆宜,孙雨安,等.纳米氧化锌的乳液合成,结构表征和气敏特性[J ].无机化学学报,1998,14(3):355-358.[4] 熊纲,杨绪杰,王晓慧,等.纳米铁酸锌和铁酸镧的合成与表征[J ].无机材料学报,1998,3(4):613-618.Synthesis of Nanoscale ZnO Particles and Its Influence FactorsXU Zong -xiang ,ZHANG Jian ,LIN Jing -dong ,CHEN Hong -bo ,LIAO Dai -wei＊(State Key Lab .for Phys .Chem .of the Solid Surf .,Dept .of Chem .,Inst .of Phys .Chem .,Xiamen Univ .,Xiamen 361005,China )A bstract :Nanoscale ZnO particles were prepared by using a homogeneous precipitation method with urea and zinc ni -trate as the starting materials .The microstructur e and morphology of the nanoscale ZnO particles were investigated by means of XRD ,TE M and BE T .The results showed that the product was the best and the average size of the crystallites was 32.8nm as the r eaction was carried out at 124℃for 3.5h and calcined at 200℃for 3h .Key words :nanoscale ZnO ;homogeneous precipitation method ;TE M·475·第4期 许宗祥等:纳米ZnO 粉体的制备及其影响因素。
2021不同浓度Co替位Zn掺杂的ZnO性能比较范文1
2021不同浓度Co替位Zn掺杂的ZnO性能比较范文 1引言 ZnO是Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体材料，具有室温下3.37eV宽禁带，且其激子束缚能高达60meV、无毒、成本低、高的化学稳定性和机电耦合性能良好等特性，因此ZnO是一种比GaN等更具发展潜力的短波发光材料，在太阳能电池、平板显示、气敏传感器和透明导电薄膜等方面具有广泛的应用[1-3].最近关于ZnO的应用研究已成为当今半导体材料领域内的热点.目前，研究重点主要集中在光电器件方面.近年来，人们发现通过掺杂不同类型的元素可以获得性质更佳的ZnO材料.例如，余长林等[4]研究了掺入质量分数（w）为2%的铈能显着提高光催化脱色活性和光催化稳定性；陈琨等[5]研究表明N 是比较理想的ZnO的p-型掺杂剂，能够在能隙中形成一窄的深受主能级；对ZnO掺入Al,Ga和In等元素可得到导电性能较好的n型薄膜材料[6-9];Al和Ni共掺ZnO可以改变其光学性质[10];Al-2N高共掺后，ZnO电子结构发生了较大的改变，间隙宽度减小，吸收光谱发生了红移效应[11];以及Be,Mg掺杂ZnO,随着掺杂量的增加，导带的位置上升，同时价带的位置下降，带隙变宽，出现了蓝移现象[12,13];段满益等研究过渡金属掺杂ZnO表明：杂质离子3d能级处于Feimi能级之上，且价带往能量高的方向移动[14];吴玉喜等研究应力对Co掺杂ZnO对光学性质的影响，发现其主吸收发生了小的蓝移[15],JianlongFu等从实验上研究不同浓度Co掺杂ZnO的结果表明：当浓度x≤0.03时，Co可以完全固溶到ZnO薄膜中，但当浓度x≥0.05时，其薄膜为混合物[16].本文作者利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同浓度Co替位Zn掺杂的ZnO进行相关性质的计算，并对结果进行分析讨论，以期为实验研究提供更好的理论解释. 2模型构建与计算方法 2.1理论模型 本文选取的ZnO呈六方纤锌矿结构，属P63mc空间群，对称性为C6v-4中ZnO晶体的超晶胞包括8个ZnO原胞，即在ZnO原胞的a,b和c基矢方向分别扩展两个单位得到（2×2×2）的ZnO超晶胞，本文对未掺杂的ZnO以及采用原子替代法即用Co原子替代Zn 原子形成掺杂浓度不同的三元合金，并分别对掺杂浓度为6.25%、12.5%和25%的三元合金的电子结构和光学性质进行研究. 2.2计算方法 本文计算工作采用基于密度泛函理论（densityfunctionaltheory,DFT）结合平面波赝势方法的CASTEP[17]软件包完成.在本文中，电子与电子之间的相互作用中的交换相关效应通过广义梯度近似（GGA）进行校正，采用超软赝势来描述离子实与价电子之间的相互作用势，用GGA中的Per-dew-Burke-Emzerhof（PBE）来处理电子之间的交换关联能.选取O,Zn和Co原子的价电子组态分别为：O-2s22p4,Zn-3d104s2,Co-3d74s2. 在倒易的k空间中，通过平面波截断能量（Ecut）的选择，来控制平面波基矢的多少，从而改变计算精度.系统的总能量和电荷密度在布里渊区的积分计算使用Monkhorst-Pack[18,19]方案来选择k空间的网格点，布里渊区k矢的选取为4×4×2.平面波截断能Ecut设为340.0eV,自洽精度设为1.0×10-6eV/atom. 3计算结果与讨论 3.1掺杂前后ZnO电子结构分析 3.1.1掺杂前ZnO的能带与态密度 图1为ZnO的能带（bandstructure）结构，从图中可以看出ZnO是直接带隙半导体，其带隙宽度为0.719eV.此结果与吴玉喜等[20]的计算结果（0.73eV）非常接近，但与ZnO的带隙3.37eV相差很远，这主要是因为密度泛函理论在计算带隙时都存在普遍偏低的现象，但这并不影响对计算结果的定性分析。
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后将烧杯置于 ５ ０ ０ ℃的马弗炉 中，观察燃烧现象 ， 反 应结束后保温 １ ０ ｍ ｉ ｎ ， 得到粉末状产物 。
１ ． ２ 表 征
图 １不 同 值所合成 Ｚ ｎ Ｏ粉体的 Ｘ Ｒ Ｄ图谱
收稿 日 期： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ０ ７ 通讯联 系人： 李家科 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｊ ｉ ａ ｋ ｅ ｌ ｉ ． ｊ ｃ ｉ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ １ ．
《 陶瓷学报） ） ２ ０ １ ３年 第 ３期
Ｚ ｎ ｔ ＮＯ． ￣ｚ ＋
ｃ ２ Ｈ
氧化剂（ 一般为金属的硝酸盐） 来源 、 燃料 ／ 氧化剂比
溶液燃烧反应方程如式（ ２ ） 所示。
＝
值、 点燃 温 度等对 合 成粉 体 的性 能 具有 重要 的 影
器
＝
＝
（ １ ）
ｌ ￣ ｔ ｎ ． ｉ ｚ ｌ 。其 中燃料 ／ 氧化剂比值决定了反应体系的燃
Ｖ
烧程度以及由此所导致体 系所到达的最高温度等 ， 从 式（ １ ） 中 ｘ， Ｙ 分别为蔗糖和硝酸锌的摩尔数 ，
烧产物一般为 Ｃ Ｏ ２ 、 Ｈ ２ ０和 ， 其中 Ｃ、 Ｈ 、 Ｏ和 Ｎ元 素在产物 中的化合价分别为 ＋ ４价 、 ＋ ｌ 价、 一 ２ 价和 ０
价， 该反应 中的 值可 由式（ １ ） 计算得到 ， 而前驱体
而形成产物 ， 具有合成温度低 、 时间短 、 合成粉体尺寸 小和晶相纯度高等优 点。 在该合成技术 中， 燃料种类 、
燃料 ／ 氧化 剂 比值 对 Ｚ ｎ Ｏ 超 细粉 体 形 貌和 光 催化 性 能的 影 响
李 家 科 程 凯 刘 欣 王 艳 香
（ １ ． 景德 镇 陶瓷 学 院材 料科 学与 工程 学 院 ， 江 西景 景 德镇 ３ ３ ３ ０ ０ １ ； ２ ． 江 西省 先进 陶 瓷材料 重 点 实验 室 ，
晶粒尺寸（ ２ ６ ． ９ ３ ｎ ｍ ） 、 最 大晶格畸 变率 （ ｓ ： 一 ３ ． ９ ×１ ０ ） 和最高比表面积（ ２ ４ ． ８ ３ ｍ 。 ． ｇ ） ， 因而其 具有 最佳光催化活性 ， 在高压汞灯照射
６ ０ ｍｉ ｎ条件下 ， 对 甲基橙溶液（ １ ０ ｍｇ ／ Ｌ ） 的降解率可达 ９ ８ ． ２ ％， 且 光催化反应符合一级动力学规律。 关键词 溶液燃烧 法 ； 燃料 ／ 氧化剂 比值； Ｚ ｎ Ｏ超细粉体 ； 微观形貌； 光催化性能
能等的影响。实验结果表 明， 在点燃温度为 ５ ０ ０ ℃时 ， 不 同燃料 ／ 氧化剂 比（ 中＝ ０ ． ５ ， １ ． ０ ， 】 ． ５ ， ２ ． ０ ） 均可 合成超细 Ｚ ｎ Ｏ粉体 ， 颗粒平均径 向尺寸小于 １ ５ ０ ｎ ｍ； 但其 微观 形貌 、 比表面积和光催化性能随 中 的不同而变化 ， 当寸 ＇ ＝Ｌ ５时 ， 所合 成的 Ｚ ｎ Ｏ粉 体具有最小平均
差以及易引入杂质等。 溶液燃烧法是一种新兴的湿化 学合成方法 ， 其利用外部能量诱发反应物发生化学反 应， 所释放的能量促使反应以燃烧波的形式 自动蔓延
１ 实 验
１ ． １ 样 品制备
实验所用硝酸锌 、 蔗糖等原料均为分析纯。根据
推进 化学 原理 ［ １ １ ， １ ２ １ ， 在 蔗 糖 一硝 酸锌 的溶 液体 系 中 ， 燃
中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ ７ ４ ． ７ ５ 文献标识码 ： Ａ
而使得合成粉体表现出不同性能。
０ 引 言
Ｚ ｎ Ｏ粉体 是一种 具有 多种 独特 性能 的无机 材
料， 在很多领域有着广阔的应用前景 ， 尤其是在与人
本文 以蔗糖为燃料 、 硝酸锌 为氧化剂（ 锌源） ， 采
用溶液燃烧法合成 Ｚ ｎ Ｏ超细粉体 ， 研究了燃料 ／ 氧化
江西 景德 镇 ３ ３ ３ ０ ０ １ ）
摘 要
以蔗糖为燃料 、 硝酸锌为氧化 剂 ／ 锌源 ， 采用溶 液燃烧法合成 Ｚ ｎ Ｏ超细粉 体。采用 Ｘ Ｒ Ｄ、 Ｓ Ｅ Ｍ、 比表面分析仪 、 紫外 一可见分
光光度计等现代测试方法 ， 研究了燃料与氧化剂摩尔比（ 值） 对 合成粉体 的物相组成 、 微观形貌 、 比表面积 、 吸 收光谱和光催化性
第３ ４ 卷第 ３ 期
２ ０ １ ３年 ９月
《 陶瓷学报》
Ｊ ｏＵＲＮＡＬ ｏＦ ＣＥＲＡＭ Ｉ ＣＳ
Ｖｏ １ ． ３ ４． ＮＯ ． ３ Ｓｅ ｐ． ２０１ ３
文章编 号 ： ］ ０ ０ ０ — ２ ２ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ２ ９ ９ — ０ ６
＋
－ ） ０２ ＝Ｚｎ Ｏ
一
Ｈ２ Ｏ＋
ＣＯ２ ＋Ｎ２
（ ２ ）
当 ＝ ｌ 时， 理论上体系完全反应 。实验取 分
别为 ０ ． ｓ ， １ ． ０ ， １ ． ５ ， ２ ． ０ 进行配制溶液。称取一定量的硝
酸锌 ， 放入 ２ ５ ０ ｍ ｌ 烧杯中， 加入约 ５ ０ ｍ ｌ 去离子水 ， 磁 力搅拌 ６ ０ ｍ ｉ ｎ 后加入相应量的蔗糖燃料 ， 再继续搅拌 ６ ０ ｍ ｉ ｎ ， 最后按 ｚ ｎ 浓度为 ０ ． ２ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ定容。
剂 的摩 尔 比 （ 值 ）对合 成 Ｚ ｎ Ｏ超 细 粉体 的微 观形
貌、 晶粒尺寸和光催化等性能的影响规律 ， 并对制备
工艺进行了优化。
类生存和健康密切相关 的光催化降解 有机污染物和
抗菌等相关领域有着独特的优势ｆ １ 。 目前制备 Ｚ ｎ Ｏ （ Ｚ ｎ Ｏ基 ） 粉体的方法主要有化学沉淀法 、 溶胶 一凝 胶法 、 水热合成法 、 模板法和 同相反应法等 Ｏ ｌ ， 这些 制备方法具有较多优点的同时也存在一些不足 ， 如制 备工艺条件复杂 、 所合成 Ｚ ｎ Ｏ粉体结晶度和分散性
Ｆ ｉ ｇ ． １ ＸＲＤ ｐ ａ ￣ ｅ ｒ ｎ ｓ ｏ ｆ ａ ｓ － ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｚｎ Ｏ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ａ ｔ