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氧化锌(ZnO)是一种重要的直接带隙半导体材料,禁带宽度3.37eV激子束缚能60meV。由于其宽的带隙、高的激子束缚能、优良的压电性质、大的比表面积和作为半导体的特点,纳米氧化锌在紫外激光器件、光电探测器、日用化工、医药卫生、环境保护等领域具有广阔的应用前景。研究表明,氧化锌纳米结构的性质随相应的制备方法、实验条件表现出很大的差异性。本文重点关注氧化锌纳米结构光致发光、光催化和磁学性质的探讨,并通过相应的实验手段分析了其微观机理,取得了如下重要的实验结果。1在ZnO纳米晶中引入缺陷发光中心是制备强的可见光发光ZnO纳米材料的关键。考虑到Mg2+和Zn2+离子半径比较接近和ZnO两性化合物的特点,我们采用共沉淀法在低温条件下制备了Mg掺杂ZnO纳米晶并系统地研究了Mg掺杂对ZnO纳米晶结构、形貌和光致发光性质的影响。实验发现Mg掺杂增强了ZnO纳米晶的绿光发光,当Mg掺杂浓度为20%时,纳米晶的量子产率达到了22.8%。EPR、XRD、Uv-Vis等实验数据表明Mg掺杂在ZnO纳米晶中引入了锌空位(Vzn)和镁填隙(IMg)缺陷,理论分析表明,ZnO纳米晶强的可见光发光来自电子在对应缺陷能级和ZnO价带问的跃迁。2 ZnO纳米颗粒的磁学性质随制备条件表现出很大的差异性。为探究缺陷对ZnO纳米颗粒磁学性质的影响,我们采用共沉淀法制备了纯的和不同掺杂比例的Mg、Co掺杂ZnO纳米颗粒,对其做了不同条件的退火处理,探究了掺杂比例、退火条件对其磁学性质的影响。实验发现纯的、Mg掺杂的ZnO纳米颗粒表现出弱的铁磁性,而Co掺杂和Mg、Co共掺杂的ZnO纳米颗粒却表现出顺磁性,氮气条件退火后的Mg掺杂ZnO纳米颗粒表现出较强的铁磁性。理论分析表明,ZnO纳米颗粒的铁磁性与氧缺陷有关,Co2+离子3d电子的非铁磁性交换相互作用强于该实验体系下锌空位、氧空位等缺陷铁磁性交换作用。3人的比表面积、少的表面基团是提高ZnO光催化活性的要点,为此我们探索采用简易的煅烧法制备了ZnO纳米颗粒并探究了煅烧条件对其光催化性质的影响,实验发现600℃煅烧条件下制备的ZnO纳米颗粒C轴择优取向生长最佳,这种特殊的结构有比较大的(0001)(0001)表面积,具有最佳的光催化活性,光催化效果也最好。