ZnO纳米棒阵列生长机理及光催化性能研究

合集下载

ZnO纳米杆的生长和发光特性研究

第４期
２００７年１０月
应用技术研究・
ＺＯ纳米杆的生长和发光特性研究ｎ
梁会琴，田玉刘照军，
（．１洛阳师范学院物理与电子科学系，河南洛阳４１２；．７０２２武汉大学物理科学与技术学院，湖北武汉４０７）３０２
０引言
氧化锌（ｎ作为一种直接宽带隙半导体（温下ＺＯ）室３３Ｖ）在室温下有很高的激子结合能（０ｍＶ）因此．７ｅ，６ｅ，
２ｃｏｌｆｈｓｓａｄＴｃｎｌｙＷｕａｎｅｉ，Ｗｕａ３０２Ｃｉａ．ＳｈｏｏＰｙｉｎｅｈｏｇ，ｈｎＵｖｒｔｃｏｉｓｙｈｎ０７，ｈｎ）４
ＡｂｔａｔＷｅｌａｉｎｄａｒｙｆｍｏｏｒｓａｎｎｎｒｄｒｕｃｓｆｌｙｔｅｉｄｕｉｇｓｒｃ：ｌｌｅｒｓｏｎｃｙｔＺＯａｏｏｓｗｅｅｓｃｅｓｌｓｎｈｓｅｓｎ — ｇａｌｕｙｚｚｎｏｄｒｔｅｍａｖｐｒｔｎｍｅｈｄａｉｅｅｔｉｏｉｃｉｎ．Ｔｅｍｏｐｏｏｉｓｗｅｅｃａａ — ｉｃｐｗｅｒｌｅａｏａｉｔｏｔｄｆｒｎｒｗｄｒｔｓｈｒｈｌｇｅｒｈｒｃｈｏａｆｌｅｏｔｒｅｙＳｅｉｄｂＥＭ，ＸＲｚＤ，ＳＡＥＤ，ＨＲＥａｄＰ、Ｔｅｒｓｌｈｗｄｔａｎａｏｏｓｐｓｅｓｈｘ — ＴＭｎＬｈｅｕｔｓｏｅｈｔＯｎｎｒｄｏｓｓｅａｓＺ

ZnO的光催化反应机理纳米ZnO的制备_改性及光催化研究进展

第４０卷第５期２０１１年９月

内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）

ＪｏｕｒｎａｌｏＩｎｎｅｒｏｎｇｏｌａｏｒｍａｌｎｉｖｅｒｓｔｙＮａｔｕｒａｌＳｃｅｎｃｅｄｉｉｏｎ）

Ｖｏｌ．０Ｎｏ．

Ｓｅｐｔ．２０１１

纳米ＺｎＯ的制备、改性及光催化研究进展

邹彩琼，贾漫珂，曹婷婷，罗光富，黄应平

（三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北宜昌４４３００２）

摘要：归纳了ＺｎＯ的物理化学基本特性，简述了ＺｎＯ的光催化反应机理，重点介绍了ＺｎＯ光催化剂的制

备方法、应用及改性研究现状，同时分析了目前ＺｎＯ光催化技术需要解决的问题，并对纳米ＺｎＯ在光催化治理

有毒有机污染物领域的发展前景进行了展望．

关键词：ＺｎＯ；光催化；降解；有毒有机污染物

中图分类号：Ｏ４３．２文献标志码：Ａ文章编号：１００１－－８７３５（０１１）５－－０５００－－０８

纳米ＺｎＯ已成为继碳纳米管之后备受关注的纳米功能材料之一［１］．随着颗粒尺寸减小至纳米级，比表

面积剧增，纳米ＺｎＯ产生了与体相材料不同的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等特

性［２］．这些特殊效应使纳米ＺｎＯ具备了一系列优异的物理、化学、表面和界面性质，已被广泛应用在磁、光、

电和催化等领域［３－４］．

纳米ＺｎＯ是一种直接宽带隙半导体，带隙能为３．７ｅＶ，与ＴｉＯ２的带隙能相近，可有效地被紫外光

（≤３６８ｎｍ）激发，因而呈现出良好的光催化活性［］．作为分子组成简单的一类无机氧化物，ｎＯ具有无毒、原料易得、制备成本低和生物相容性良好等优点，应用广泛［６－８］，尤其在光催化降解有毒有机污染物方面逐渐

ZnO 纳米棒阵列、纳米片及其发光和光催化特性

ZnO 纳米棒阵列、纳米片及其发光和光催化特性∗

顾留洋;王树林

【摘要】This paper prepared large scale ZnO nano-rod arrays and nano-sheets via sol-gel methods on Si sub-strates.We showed that the synthesized nano-arrays and nano-sheets grew along the

(001)direction.With the Cu2+ blocking the growth of the polar surfaces,the nano-sheets looked structural homogenous and sized 8 nm in thickness and 40μm in area.The orientation of the nanostructures had significant influence on their physical-chemical performance.Strong orientation along the c-axis of nano-structured ZnO may be favorable for ultravio-let lasing,but may be disadvantageous to photo-catalytic reaction.%首先通过溶胶-凝胶法在 Si 片基底上制备1层ZnO 纳米薄膜,作为纳米棒的晶种层,然后利用金属浴沉积法在 ZnO 纳米薄膜基础上制备择优取向的ZnO 纳米棒阵列,最后通过水热法二次成核结晶形成纳米片.研究证明,ZnO 纳米棒阵列和纳米片均沿着c 轴取向.在 Cu2＋抑制极性面生长的作用下,形成的ZnO 纳米片结构均匀,分布面积广,单片 ZnO 纳米片的厚度约为8 nm,面积呈平方微米级,较大的有40μm2左右.ZnO 纳米结构的生长取向对其物理化学性能具有重要影响.高度沿c 轴取向的 ZnO 纳米棒有利于紫外光发射和激光器的发展,但极性面的缩小不利于光催化反应.

氧化锌纳米材料的制备及其光催化性能的研究

摘要

近年来，随着工业的迅猛发展，各类工业废水、废气、废弃物等急剧增加，水污染问题成为全球性问题之一。水污染的治理因此受到更多科研工作者的关注。ZnO 作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有较高的电化学稳定性和热稳定性，能很好的吸收紫外光，在光激发下可有效地降解有机污染物，被广泛地应用于光催化领域。但ZnO 光催化剂普遍存在着比表面积较小、载流子复合率高等自身缺点，限制了其光催化反应过程中的降解效率。另外，ZnO 粉体光催化剂在回收利用过程中不仅操作繁琐复杂，难以简便将光催化剂从水溶液中分离出来，而且残留在水溶液中的光催化剂会对环境造成二次污染。

本论文主要研究了两种具有不同形貌特征的ZnO 光催化剂—ZnO 空心球薄膜和Na 掺杂ZnO 纳米线，探讨了提高其光催化活性的可能性。借助多种材料表征手段，分析了材料的形貌、结构和光学性能。对比研究了各种光催化剂降解甲基橙水溶液的光催化性能，并探讨了光催化反应的机理。主要研究内容如下：

(1) 以浸渍-提拉法制备的单分散六方密排PS 微球为模板，利用磁控溅射法沉积ZnO 薄膜，结合煅烧去除模板，制备了不同粒径大小的ZnO 空心球薄膜。根据SEM 和TEM 的结果分析，证明了ZnO 纳米球的空心结构成功构筑。样品在紫外光波段均有较强的吸收峰，对空心球内部的光路研究发现，这种空心球结构的ZnO薄膜不仅具有高的比表面积，而且能在球体的空心内部形成光陷阱，有效地提高了光的利用率。在各粒径ZnO 空心球薄膜与ZnO薄膜降解甲基橙水溶液的对比实验中，空心球的光催化效率普遍较高，且400 nm ZnO 空心球薄膜的光催化效率最高。

表面活性剂下制备ZnO纳米棒的介绍

摘要：ZnO纳米材料因其优良的物理化学性质在在各个方面都广泛的应用。本文介绍了在低温水溶液中，使用表面活性剂能成功合成单分散的ZnO纳米棒。这种方法不需要高温煅烧，添加表面活性剂例如水合联氨和油酸钠就能合成六方晶相纤锌矿结构的ZnO粉末。本文主要对ZnO纳米棒的结构和构型、晶体生长机理进行综述。

关键词：ZnO纳米棒表面活性剂晶体生长机理

引言

目前，ZnO在紫外探测器、紫外半导体激光器、透明导电薄膜、ZnO异质结、场发射、液晶显示和稀磁半导体等方面具有广泛的应用前景，使得ZnO成为继氮化镓、碳化硅之后光电子技术中的又一热点研究领域[1]。区别于传统大尺寸材料，低维度的ZnO纳米材料如纳米线、纳米棒和纳米带，具有很多良好的物理化学性能。它因为具有优良的介电、铁电[2,3]、压电、热电性能，所以在光催化、化学传感器、记忆电阻器和光电方面有广泛应用，。此外，宽的禁带宽度（3.37eV）、高激子束缚能（60meV）和高表面体积比[4,5]使一维（1D）ZnO纳米晶体被公认为一种在紫外区[6]的光子材料。

因此，合成不同形态和尺寸的一维ZnO纳米结构在基础理论研究和新型设备发展当面具有重大发展意义[7,8]。到目前为止，合成ZnO 纳米材料的方法主要有水热法[9]、模板法、溶胶凝胶法[10]、气固液相生长法、金属有机气相外延生长法、磁控溅射法[11]、电化学沉积法等[12]。液相法处理温度低、成本低、效率高和具有扩大生产潜力。为了得到分散的纳米粒子，表面活性剂往往起着重要的作用。因为晶体生长过程中，溶质的扩散过程是晶体形成速率的控制步骤，而表现活性剂可以减缓溶质在晶核表面的扩散速度。此外，表面活性剂可以均匀地吸附在晶体表面作为形状主导者[13]。

ZnO纳米结构光学性质与器件应用研究

近年来，纳米材料的研究引起了广泛的关注，其中氧化锌（ZnO）纳米结构因

其独特的光学性质和广泛的器件应用潜力而备受研究者的关注。本文将深入探讨ZnO纳米结构的光学性质，包括其光吸收、光发射和光散射等方面，同时讨论其

在光电器件中的应用前景。

首先，我们将着重研究ZnO纳米结构的光吸收特性。由于ZnO纳米材料具有

较大的比表面积和量子尺寸效应，使得其对光的吸收率增强。实验研究表明，在紫外光区域（约370 nm以下），ZnO纳米结构的吸收显著增强，这归因于其能带结

构的尺寸量子限制效应。此外，通过控制纳米结构的形状、尺寸和表面修饰等手段，还可以实现对光吸收特性的调控，从而提高光电转换效率。

其次，我们将探讨ZnO纳米结构的光发射特性。ZnO纳米结构表现出独特的

发光行为，包括紫外发光和可见光发光，并且在可见光区域表现出强烈的绿色光发射。这种特殊的光发射行为主要源于ZnO纳米结构的局域化态缺陷和表面态缺陷。实验研究发现，通过调控纳米结构的形状、尺寸和缺陷控制等方式，可以有效地改变其发光行为，为光电器件的设计和制备提供了新的思路。

此外，我们将介绍ZnO纳米结构在光散射方面的应用研究。由于其高度结构

化和可控性，ZnO纳米结构具有出色的光散射性能，可广泛应用于太阳能电池、

光电传感器和光学波导等器件中。特别是在太阳能电池领域，将ZnO纳米结构应

用于光散射层可以显著提高光电转换效率。此外，通过设计多层结构和优化形状等手段，还可以进一步提高其光散射性能，为光学器件的发展提供了新的途径。

一种提高ZnO纳米棒阵列光催化性能的方法[发明专利]

专利名称：一种提高ZnO纳米棒阵列光催化性能的方法专利类型：发明专利

发明人：赵敬忠,白杨,吕振林

申请号：CN201711246721.0

申请日：20171201

公开号：CN107983327A

公开日：

20180504

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：本发明公开的一种提高ZnO纳米棒阵列光催化性能的方法，具体按照以下步骤实施：首先，ZnO种子层衬底的制备，其次，ZnO纳米棒阵列薄膜的制备，最后，将所制备得到的ZnO纳米棒阵列薄膜的进行进一步处理，在压电光催化过程中，开启紫外灯管，运行摇床震荡器，利用紫外分光光度计(波长为466nm)中测量其压电光催化前后的吸光度，并计算其压电光催化效率。本发明公开的方法优点是利用光催化过程中水流波动的能量来提高ZnO纳米棒阵列的光催化性能。

申请人：西安理工大学

地址：710048 陕西省西安市金花南路5号

国籍：CN

代理机构：西安弘理专利事务所

代理人：涂秀清

更多信息请下载全文后查看

zno光催化特性研究

近年来，随着环境污染的加剧，研究Zno光催化特性成为一个重要的热点课题。Zno作为一种新型光催化剂，具有独特的光催化性能，可以利用太阳能释放氧，进而减少多种有害物质的排放，从而有效地维护环境。本文论述了Zno光催化特性的研究，旨在了解该特性的合成方法、表征方法、机理和应用。

一、合成方法

研究表明，纳米Zno的合成方法通常有三种：物理合成法、化学合成法和生物合成法。其中，物理合成法是通过添加Zno大分子溶剂等溶剂，使大分子分离而产生Zno纳米颗粒。化学合成法则利用反应物经过氧化、催化作用以及其他方法，在室温下形成纳米Zno材料，而生物合成法则利用自然界中微生物或植物细胞等，实现Zno纳米颗粒的合成。

二、表征方法

常用的表征方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微图像（TEM）和傅里叶转换红外光谱（FTIR）等。XRD能够表征Zno纳米颗粒的结构，SEM可以用来研究Zno纳米颗粒的形貌和尺寸，TEM可以用来表征Zno的元素分布和微结构，而FTIR则可以用来表征Zno的光谱特性。其它表征方法还包括可见光-近红外光谱

（Vis-Nir）、激光粒度分析（LDA）和热重分析（TGA）等。

三、机理

研究表明，Zno光催化剂的光催化机理可以分为两个步骤：光照

捕获和物质放出。在光照捕获过程中，太阳能被Zno纳米晶体捕获，当能量达到一定程度时，Zno纳米晶体中的电子能量水平有所提升，当电子能量水平超过一定程度时，电子将进入价态，引起电子转移和催化反应，从而在价态电子与光照反应物间产生化学反应，将有毒有害物质转化为活性物质。

纳米ZnO的可控生长及光致发光性能

通人Ｎ气和Ｏ气。将气氛热处理程控高温炉的ｚｚ反应温度分别控制在８ｏＣ，ｏ￣９０，５￣９ｏＣ，５ ℃ 分别保持５０分钟。控制同一温度下的氮气流量，流量０２控制在１～２ｓｃＮ２量控制在５～８ｓｃ００ｃｍ，流Ｏ０ｃｍ。具体实验条件如表１和表２所示。
Ｓ，ｂ其生长过程都有催化剂的存在，产成本高，生实验条件要求苛刻。本文从晶体生长理论和工艺出
发，过控制生长温度和氧气分压［。在不加任何通１，。
１实验
所用原料为锌粉（３０目筛）Ｚ含量过０，ｎ９．％，料锌粉先做预氧化处理，将研磨过的９９原即Ｚｎ粉在去离子水（５的Ｈｚ）中用磁力搅拌含Ｏｚ
２１年５月０１第１６卷第３期
西安邮电学院学报ＪＲＮＡ ’ ＮＮＩＲＩＹＯＴＳＡＮＤＴＥＥＯＭＭＵＮＩＡＯＯＵＬＯＦＸＩＡＵＶＥＳＴＯＦＰＳＬＣＣＴＩＮＳ
Ｍａ０１ｙ２１Ｖ１１ｏ３ｏ．６Ｎ．
纳米ｇＯ的可控生长及光致发光性能ｎ

纳米氧化锌复合材料的制备及其光催化性能研究

纳米氧化锌复合资料的制备及其光催化性能研究

跟着人类工业化的发展及人口的迅速增添, 资源能源的利用成了当下最为关

注的问题之一。太阳能是一种原始而且能够被人类连续不停利用的洁净能源, 而光催化剂能够合理的利用太阳能将有机污染物转变成二氧化碳、水等对环境无害

的物质。

最近几年来 ,ZnO 对有机污染物的光降解惹起了大家关注的焦点。由于ZnO作为光催化剂拥有显然的长处, 如低毒性、成本效益、光化学稳固性以及可回收性。

但 ZnO只好对太阳光的紫外可见光范围产生汲取, 它的禁带宽度在 3eV以上 ,

对太阳光的汲取率很小 , 严重影响其对太阳光的使用率。现阶段主要的研究要点

是怎样设计出一种高效经济的光催化剂。

为了战胜 ZnO的吸光范围较窄的弊端 , 科研人员进行了多种努力。该研究在

查阅了大批文件的基础上, 研究两种容貌下的ZnO,分别是 ZnO纳米棒和 ZnO纳米颗粒 , 对照不一样容貌的ZnO催化性能 ; 再分别对它们负载GO,形成复合物催化剂。

经过一些现代表征方法如X 射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射吸

收光谱平分别对资料的晶格构造、微观形态、带隙以及资料表面化学状态等方面进行了表征 , 并经过光电流及光催化降解对资料进行测试, 主要研究内容以下 :(1)

经过水热法制备了ZnO纳米棒和 ZnO纳米颗粒 , 而后经过 hummers法制备 GO。所得产物经过一系列的表征和光催化实验, 可得悉 ZnO纳米棒在 60 min 时完整降解

罗丹明 B, 降解率达 100%;在 150 min 时对甲基橙溶液的降解率也达到100%;而 ZnO 纳米颗粒在相同的条件下, 对二者有机染料的降解率分别只有40%和 80%。

纳米氧化锌催化剂

纳米氧化锌（ZnO）催化剂是一种具有广泛应用前景的半导体催化剂。由于其独特的物理

和化学性质，纳米氧化锌在许多领域表现出优异的催化性能。以下是一些关于纳米氧化锌催化剂的主要特点和应用：

1. 光催化性能：纳米氧化锌具有较高的光催化活性，可在光照条件下降解有机污染物、抗菌和防腐蚀。在环境治理领域，纳米氧化锌光催化剂可用于处理水体中的有害物质，如降解水中的重金属离子、去除染料和有机污染物等。

2. 电催化性能：纳米氧化锌具有优异的电催化性能，可用于氧还原反应（ORR）和氧

析出反应（OER）。在能源领域，纳米氧化锌可作为催化剂应用于燃料电池、电解水制氢

和锂离子电池等。

3. 催化剂载体：纳米氧化锌具有较大的比表面积和良好的分散性，可作为催化剂载体，提高催化剂的活性和稳定性。例如，在固相催化剂中，纳米氧化锌可作为载体提高金属催化剂的催化性能。

4. 抗菌性能：纳米氧化锌具有优异的抗菌性能，可广泛应用于抗菌材料、抗菌涂料、纺织品等领域。

5. 防腐蚀性能：纳米氧化锌可作为防腐蚀涂料的添加剂，提高涂料的防腐蚀性能。

纳米氧化锌催化剂的研究重点包括提高催化性能、改善稳定性和活性、优化制备方法以及探索新的应用领域。随着纳米技术的发展，纳米氧化锌催化剂在未来有望在更多领域发挥重要作用。

ZnO纳米材料的制备及光催化性能研究

综合理论

课程教育研究

学法教法研究 255

随着社会工业的发展，环境污染越来越严重。其中，水污染成为环保工作面临的重大问题。1972年，Fujishima 和Hondas 发现TiO 2能够光分解水[1]，1976年，J.H.Cary 等人发现半导体材料作为光催化剂能够降解有机物，最终的产物为水和二氧化碳，无二次污染，是一种绿色能源。有专家预测，光催化降解污染物将成为未来降解有机废水的有效方法之一。作为第三代半导体材料的ZnO 是一种新型的半导体多功能材料，具有良好的发光性、压电性、导电性等，被主要应用在激光器、传感器、太阳能电池、发光二极管及光催化等领域[2]。

一、ZnO 作为光催化剂的优点

目前研究较多的光催化剂有二氧化钛、氧化锌、硫化镉等，其中硫化镉因其具有毒性在光催化领域而被选择性应用。二氧化钛作为光催化剂虽然催化活性强但是也具有自身缺点，其电子跃迁几率低，故其量子效率较低，在催化反应过程中反应速率慢。ZnO 作为直接带隙半导体材料用于光催化降解有机污染物的优点为：首先，ZnO 能带性质决定了电子跃迁几率要高于二氧化钛。其次，因其内部存在较多氧空位，能够加速分离电子-空穴对，进而提高降解效率。此外，ZnO 无毒无害且价格低廉，使其在光催化领域更加能受到人们关注。

二、光催化降解原理

半导体的能带结构决定了其具有光催化性质。半导体是由导带和价带构成的，导带和价带之间存在着禁带。当光的能量大于半导体禁带宽度时，半导体吸收光能后，价带的电子跃迁到导带产生带间跃迁。此时价带上便会产生带正电的空穴，而导带上形成带负电的电子，最终形成电子-空穴对。电子-空穴对不稳定会发生分离，在分离过程中，一部分电子将移动到半导体表面与氧结合，生产强氧化能力的羟基自由基，而半导体表面的空穴将会与水发生反应生成羟基自由基。这些自由基具有非常强大的氧化能力，几乎能够氧化所有的有机物，最后的产物为水和二氧化碳。

一维ZnO纳米棒的制备及光学性能研究

摘要：本研究通过氧化锌（ZnO）纳米棒的制备方法，研

究了其在光学性能方面的表现。实验结果显示，制备得到的一维ZnO纳米棒具有优异的光学性能，具备潜在的应用价值。

引言：纳米材料已经成为当今科学研究的热点领域之一，其在光学、电子学和材料领域具有广泛的应用前景。然而，对于一维纳米材料的制备方法和光学性能的详细研究仍然相对不足。本研究旨在通过研究一维ZnO纳米棒的制备方法及其光学性能，探讨其在光电子器件以及传感器等领域的应用潜力。

实验方法：本实验选择溶胶-凝胶法及热解法结合的方法

来制备一维ZnO纳米棒。首先，将硝酸锌和乙酸根溶液按照一定比例混合，生成含锌离子的溶液。接着将其在恒温搅拌的条件下反应，形成溶胶。随后，将溶胶放置在恒温条件下等待凝胶的形成，完成溶胶-凝胶转变。最后，将凝胶进行煅烧处理，在一定温度下使凝胶转变为纳米棒状的ZnO。得到的样品经过

扫描电子显微镜（SEM）扫描，能够观察到纳米棒的形貌，并

使用紫外-可见光谱（UV-Vis）对其光学性能进行表征。

结果与讨论：通过SEM观察，得到的一维ZnO纳米棒具有均匀的形貌，并且长度约为100-500纳米，直径约为50-100

纳米。这种纳米棒的形状有助于其在光学领域的应用。并且，通过UV-Vis光谱测量发现，纳米棒在可见光范围内呈现出良

好的吸光性能，吸收峰位于400-500纳米，吸收强度较高。这说明纳米棒对于可见光具有较好的散射和吸收性能，也为其在光电子器件制备方面提供了一定的潜力。

水溶液的化学方法生长zno纳米棒的研究

水溶液的化学方法生长zno纳米棒的研究近年来，纳米科学的飞速发展使纳米材料的应用越来越广泛，同时也有越来越多的潜在应用。其中，ZnO纳米棒是一种具有广泛应用前景的重要材料，它具有良好的热稳定性，可用于大量工程。研究团队不断地发展出新的合成方法来形成ZnO纳米棒，以期获得更好的性能。

水溶液的化学方法是目前最常用的一种合成ZnO纳米棒的方法，其主要原理是在水溶液中添加氧化锌，然后进行反应，最终形成纳米棒状材料。研究发现，在此过程中，不同的调节参数有助于形成更大更致密的纳米结构。

首先，氧化锌溶液的浓度和反应温度是影响纳米棒生长过程的两个关键参数。实验结果表明，随着溶液浓度的增加，纳米棒的平均直径也会增加，但当浓度超过一定的值时，纳米棒的形成会越发困难。当反应温度降低时，纳米棒的生长速度减慢。但反应温度太低也不利于纳米棒的形成。因此，选择适当的反应温度和溶液浓度是调控ZnO 纳米棒生长过程的重要因素。

其次，还可以通过添加添加剂来控制ZnO纳米棒的形成。若添加添加剂，如NH4Cl，可以增加纳米棒的表面能量，从而有助于ZnO纳米棒的形成和生长。此外，添加乙醇可以降低沉积物的粒度，增加结晶大小，从而获得更细致的结构，可以获得特定的表面属性。

最后，在控制ZnO纳米棒生长过程中，超声波可以起到重要作用。研究发现，超声波可以改变溶液的表面能量，从而增加ZnO纳米棒的

形成速度。另外，它还可以促进ZnO溶质的分散，以及增加结晶大小，有助于获得更细小的结构。

综上所述，水溶液的化学方法能够有效地合成ZnO纳米棒，该方法可以根据实验需要调控反应的条件，以便获得符合要求的结构。此外，添加添加剂和超声波处理也可以改善ZnO纳米棒的性能。因此，本研究对于理解ZnO纳米棒的生长机理具有重要的指导意义，也可以为未来的相关研究奠定坚实的基础。

ZnO纳米棒阵列的制备、微结构及光学性能研究

［收稿日期］０１１—５２１－２２［回日期］０２０ —５修２１—２１［基金项目］国家自然科学基金（ｏ６ｏ１；５９２ｌ）江西省自然科学基金（ｏ９ｚ０２）江西省教育厅基金（Ｊ１５６；２０Ｇｗｏ３；ＧＪ０２）南昌航空大学研究生创
新基金
［作者简介］段军红（９３）男，１７一，南昌航空大学测试与光电工程学院副教授，硕士生导师，博士。主要研究方向：光电功能材料与器件。
４４
２１年３０２月
第２６卷第１期
ＺＯ纳米棒阵列的制备、结构及光学性能研究ｎ微
々口
ｏ
生长，于是形成了截面为正六边形的ＺＯ纳米棒。ｎ
不同的是，在降温阶段，若继续通氧气，则形成针尖
状ＺＯ纳米棒；ｎ否则，合成了无针尖的ＺＯ纳米棒。ｎ
ｃｏｓｓｃｉｅｓｇｅｃｙｔｌｅｎｅｒｗｈｄｅｔｎｏｎａｏｏｓｓａｎ［０１．ｈｒａｏｃａｉｎａｏｒｓ－ｅｔｎａｉｌ－ｒｓｌｎｄｔｏｔｉｃｉｆＯｎｒｌｇ００］ＴｅｏｔｎｍｅｈｎｍｏＺＯｎｎ— ｏｒｎａｉａｈｇｒｏＺｎｄｉｏｆｍｉｓｆ

纳米结构ZnO的制备及性能研究

一、本文概述

氧化锌（ZnO）是一种重要的半导体材料，因其独特的物理和化

学性质，在纳米科技领域引起了广泛的关注。纳米结构ZnO的制备及性能研究对于推动材料科学、电子学、光电子学、生物医学等多个领域的发展具有重要意义。本文旨在深入探讨纳米结构ZnO的制备方法、结构特性、以及其在各种应用场景中的性能表现。

本文将概述纳米结构ZnO的基本性质，包括其晶体结构、能带结构、光学特性等。随后，我们将详细介绍几种常见的纳米结构ZnO制备方法，包括物理法、化学法以及生物法等，并对比各种方法的优缺点。在此基础上，我们将重点关注纳米结构ZnO的性能研究，包括其电学性能、光学性能、光催化性能、以及生物相容性等。我们将通过实验数据和理论分析，全面揭示纳米结构ZnO的性能特点及其在不同应用场景中的潜在应用价值。

本文还将展望纳米结构ZnO的未来发展趋势，探讨其在新能源、环保、生物医学等领域的应用前景。我们希望通过本文的研究，能够为纳米结构ZnO的制备和性能优化提供有益的参考，推动其在各个领域的实际应用。

二、ZnO纳米结构的制备方法

ZnO纳米结构的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及生物法等。这些方法的选择取决于所需的ZnO纳米结构的尺寸、形貌、纯度以及应用的特定要求。

物理法：物理法主要包括真空蒸发、溅射、激光脉冲沉积等。这些方法通常在高温、高真空环境下进行，能够制备出高质量的ZnO纳米结构。然而，这些方法通常需要昂贵的设备和复杂的操作过程，限制了其在大规模生产中的应用。

化学法：化学法因其设备简单、操作方便、易于大规模生产等优点，在ZnO纳米结构制备中得到了广泛应用。其中，溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、水热法和微乳液法等是常用的化学制备方法。例如，溶胶-凝胶法通过控制溶液中的化学反应，可以制备出具有特定形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。化学气相沉积法则可以通过调节反应气体的流量、温度和压力等参数，实现ZnO纳米线的可控制备。