文章编号:１００１-９７３１(２０１５)０３-０３０４１-０４
ZnO纳米棒阵列二纳米片及其发光和光催化特性?
顾留洋１,王树林２
(１．上海理工大学能源与动力工程学院,上海２０００９３;２．上海理工大学材料科学与工程学院,上海２０００９３)
摘一要:一首先通过溶胶-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８nm,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.
关键词:一ZnO纳米棒;ZnO纳米片;光致发光;光催化
中图分类号:一O４８２．５４文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．０３．００８
１一引一言
ZnO是一种直接宽带隙半导体材料,室温下禁带宽度为３．３７eV,激子束缚能高达６０meV[１].因具有良好的光电和压电性能以及优异的化学稳定性和热稳定性等特点,在光催化二纺织工业二橡胶工业二陶瓷材料二化妆品二生物二医药等方面均有广泛用途[２-４].近几年来,随着光学器件的普及应用,ZnO作为一种短波长发光材料得到前所未有的重视[５].在对ZnO的研究过程中,各种形态的ZnO晶须一度成为研究热点.因为ZnO晶须为白色松软物质,具有独特的三维四针状结构,单针为单晶体微纤维,这是少有的具有规整三维空间结构的晶须.杨培东成功研制风车状二沙漏状ZnO晶须,并研制出了空心结构的ZnO四足晶须[６].这些独特的结构形态,使ZnO可作为新型结构材料,在国防二电子二化工二交通等领域发挥作用[７-８].当前,寻求ZnO的新结构和新的应用领域已成为材料研究重点之一.在纳米材料研究热潮中,人们对一维ZnO 纳米材料(纳米线二纳米棒二纳米带)的研究比较深入,如热蒸镀法获得的纳米带[９],截面为矩形(长约３００nm,宽５~１０nm);气相反应得到的纳米棒[１０](直径为１０~２００nm,长度为数微米);化学气相沉积法制备纳米线[１１](直径在４０~８０nm二长度数微米).本文通过溶胶-凝胶法在Si片上制备１层ZnO纳米晶种层,然后利用浴沉积法制备了大规模的ZnO纳米棒阵列,在此基础上,通过水热法制备出一种面积为平方微米级二厚度为纳米级的新型纳米结构 ZnO纳米片,并分析了这些纳米结构的形成机理及其物理化学特性.
２一材料和方法[１２]
２．１一ZnO纳米薄膜的制备
将一定质量的二水合乙酸锌(Zn(CH３COO)２ ２H２O)溶解在乙二醇甲醚(C３H８O２)中,向其加入与二水合乙酸锌(Zn(CH３COO)２ ２H２O)等摩尔量的单乙醇胺(C２H７NO),在６０?下磁力搅拌３０min,形成Zn２＋浓度为０．７５mol/L的透明溶胶,陈化２４h后用于旋涂.以硅片为基地,将硅片吸附于匀胶机的真空吸盘上,向其滴加１滴前驱体溶胶(约２mL),在低速５００r/min的转速下旋涂６s,再在高速２５００r/min的转速下旋涂３０s.随后将旋涂好的硅片在马弗炉中２００?下保温１０min,然后在４５０?下热处理２h,即可在基底上得到１层ZnO纳米粒子膜.２．２一ZnO纳米棒阵列的制备
配置等摩尔浓度的六水合硝酸锌(Zn(NO３)２ ６H２O)和六亚甲基四胺(C６H１２N４)的去离子水溶液,将两者等体积混合,得到Zn２＋浓度为０．０５mol/L的生长溶液.将上述涂覆有ZnO纳米粒子膜的硅片倾斜向下完全浸入所配置好的生长溶液中,在９０?下恒温反应３h.取出样品后用去离子水仔细冲洗,去除多余的离子和铵盐,在空气中晾干.
２．３一ZnO纳米片的制备
配置等摩尔浓度的六水合硝酸锌(Zn(NO３)２ ６H２O)二六亚甲基四胺(C６H１２N４)和硝酸铜的去离子水溶液,三者按一定的体积比混合,将制得的一维纳米棒阵列在１６０?反应４h后,经过３２０?热处理１０min,得到ZnO纳米片.
２．４一样品的表征
采用BRUKER公司的D８ADVANCE型X射线衍射仪对样品的晶体结构进行表征.采用FEI公司的
１４０３０
顾留洋等:ZnO纳米棒阵列二纳米片及其发光和光催化特性
?基金项目:上海市纳米专项资助项目(１０５２nm０２９００)
收到初稿日期:２０１４-０６-０３收到修改稿日期:２０１４-０９-２２通讯作者:王树林,E-mail:usst５１６＠１６３．com 作者简介:顾留洋一(１９８６－),男,南京人,在读硕士,师承王树林教授,从事金属纳米材料研究.