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太阳能的高效利用是最为活跃的研究领域之一。由于照射在地球表面的太阳能只有很小一部分得到了有效利用,因此,如何最大限度地利用太阳能是具有现实意义的问题。ZnO是典型的宽带隙半导体材料,具有吸收太阳全光谱能量并提高太阳能利用效率的潜力。但是ZnO对可见光的吸收效率不高,为了解决这个问题,一些科学家通过掺杂的手段,调整其能带结构,以增加对整个光谱范围内太阳光的吸收。而在本文中,在未掺杂情况下,我们用传统的水热合成法成功制备出了黑色ZnO材料。通过改变温度,ZnO的外观颜色从灰白色逐渐变化到棕色,最后完全变为黑色。为了研究颜色变化的原因,用SEM、TEM、X射线衍射仪、UV-vis谱以及PL谱等技术对制备的ZnO样品的形貌和光学性能进行了表征。取得的研究成果如下:1.系统研究了在水热法制备过程中影响ZnO材料颜色的工艺条件,包括生长温度、加热时间、H202的添加量、NaOH溶液浓度等。结果表明,改变生长温度和生长时间,ZnO样品的颜色会出现规律性的变化。而改变H202的添加量和NaOH溶液浓度,ZnO样品的颜色却没有显著的变化。2.光学性能表征结果显示,较高的生长温度和较长的生长时间可以显著降低ZnO样品的平均反射率。200 ℃时制备的ZnO样品对200-1000 nm光的平均反射率可以达到3.114%,而且生长温度对ZnO样品的平均反射率的影响基本呈现出线性的变化;延长生长时间也有类似的结果。但是,H202的添加量、NaOH溶液浓度的变化对于ZnO样品的吸收率没有显著的影响。这样的实验结果与ZnO样品外观颜色的变化结果一致。3.结构表征结果表明,ZnO纳米棒尖锥结构的出现是导致其呈现黑色的主要原因,可调控生长温度获得不同颜色的ZnO样品。不同温度下得到的ZnO纳米棒均为六棱柱状结构,但是随着生长温度的升高,ZnO纳米棒的顶部却由平整的六边形变为锋利的尖顶,在温度为120℃-170 ℃的范围内,可以明显观察到ZnO纳米棒顶端逐步变尖的过程,即可以观察到六棱台的存在。XRD的结果也表明,随着温度的升高,(110)等晶面的峰强逐渐增大。但是,延长生长时间后,ZnO纳米棒的顶端形状变化不明显;调整H2O2的添加量和NaOH溶液浓度时,ZnO纳米棒的顶端为平整的六边形,也没有明显的变化。