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氧化锌(ZnO)是纤锌矿结构的直接宽带(3.37eV)半导体材料,具有高的熔点、热导率和良好的化学稳定性,无毒、价格低廉等优点,其在光电器件及光催化等领域有着广泛的应用前景。 ZnO的制备方法,一般分为气相法、液相法和固相法三大类。其中,液相法中的化学沉淀法和水热法具有操作简单、合成条件温和、产物形貌容易控制等优点,得到广泛应用。本文采用直接沉淀法和水热法两种方法合成纳米结构ZnO粉体,探讨不同形貌以及不同煅烧温度ZnO样品对甲基橙的光催化降解作用。 (1)采用化学沉淀法,通过改变实验试剂及氨水加入顺序,制备出了花状、针状、椭球状和棒状形貌的纳米结构ZnO。获得ZnO为六方纤锌矿结构,无杂相。 (2)在较低温度(90℃)下,快速(<11min)合成了结构均匀、分散完好的椭球状六方相 ZnO。系统研究了 pH值、碱源试剂、酸根离子和 Zn2+浓度等对 ZnO形貌及结果的影响。结果表明: 在pH=6时,可以得到椭球状ZnO纳米结构。随着pH值进一步升高,椭球结构开始变得疏松。经SEM及TEM测试分析,椭球状ZnO是由纳米颗粒沿(001)方向定向自组装而成的。采用电泳沉淀法(Electrophoretic Deposition, EPD)获得了ZnO中间生长形貌,并推导出合理的生长机理。采用六亚甲基四胺作为碱源试剂制备了圆柱状 ZnO,用另外三种碱源(NH3?H2O,二乙胺,三乙醇胺)均能得到椭球状 ZnO。酸根离子(NO3-,Cl-,CH3CO2-,SO42-)对样品形貌有显著影响。其中 NO3-,Cl-, CH3CO2-均能得到纤锌矿结构的 ZnO,而用 SO42-仅得到了一种硫酸锌的碱式盐。不同离子对 ZnO形貌的影响可归因于各离子在 ZnO晶粒表面吸附的选择性和强弱有关。除此之外,Zn2+浓度对ZnO形貌也有着显著影响。 (3)水热法制备 ZnO的过程中,引入了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙二醇(PEG)表面活性剂,探索了表面活性剂的用量、NaOH用量和反应温度等因素对ZnO的形貌和结构的影响。由于CTAB的引入,ZnO形貌从花状转变为由片晶组成的球状结构。而PEG的引入,易得到棒状形貌的ZnO,原因是表面活性剂的模板导向作用。 (4)系统研究花状、针状、棒状、椭球状ZnO样品对甲基橙的光催化降解作用。 花状结构 ZnO对甲基橙的降解效果最好,针状降解效果最差,椭球和棒状效果一般。对花状和针状结构ZnO在不同温度下进行煅烧,再对甲基橙进行光催化降解,对照UV图谱,发现煅烧过的比未煅烧的ZnO对甲基橙的降解效果好,随着煅烧温度的升高,ZnO对甲基橙的降解程度呈增加趋势。这是由于煅烧后,ZnO内部的缺陷数量减小,减小了离子空位等缺陷对光生电子和空穴的捕获机率,从而提高了ZnO的降解效果。