ZnO纳米棒阵列生长机理及光催化 性能研究

过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及生长机制研究过氧化锌（ZnO）是一种重要的半导体材料，在能源、光电子学和生物医学等领域有广泛的应用。

而过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及生长机制研究对于其性能和应用的进一步改进具有重要意义。

本文将从形貌控制的方法和生长机制两个方面对过氧化锌纳米颗粒展开详细的研究。

首先，我们来讨论过氧化锌纳米颗粒的形貌控制方法。

形貌控制主要指的是在合成过程中通过调控实验条件或添加助剂来控制纳米颗粒的形状和尺寸。

其中，溶剂热法是一种常用的方法。

通过控制反应溶液中的温度，可以实现过氧化锌纳米颗粒的不同形貌。

此外，还可以利用溶液中的离子浓度和pH值等参数来调控纳米颗粒的形貌，例如，可通过添加有机分子或无机盐来实现纳米颗粒的定向生长和形貌控制。

此外，还可以利用模板法、电化学沉积法等方法来控制纳米颗粒的形貌。

接下来，我们将研究过氧化锌纳米颗粒的生长机制。

过氧化锌纳米颗粒的生长机制可以分为两种基本过程：核生成和后续生长。

核生成是指在溶液中形成起始的纳米晶核，后续生长则是指在这些核的基础上迅速增长形成完整的纳米颗粒。

关于过氧化锌纳米颗粒的核生成机制，研究者们提出了几种可能的机制：一种是溶剂热法中离子聚集和结晶形成晶核的机制；另一种是在添加了表面活性剂或助剂的情况下，通过与有机分子或无机盐反应生成晶核的机制。

随后的后续生长过程中，纳米晶核将在溶液中快速增长，形成具有特定形貌的纳米颗粒。

除了理解核生成和后续生长的基本过程，研究者们还对过氧化锌纳米颗粒的生长机制进行了更深入的研究。

例如，他们发现过氧化锌纳米颗粒的生长具有热力学和动力学两个方面的特征。

热力学特征包括晶体表面能和溶液中的过饱和度等参数，而动力学特征则涉及到物质传输和界面反应等过程。

通过对这些特征进行系统研究，可以更好地理解和控制过氧化锌纳米颗粒的生长过程。

总之，过氧化锌纳米颗粒的形貌控制及其生长机制的研究对于改进其性能和应用具有重要的意义。

通过调控实验条件和添加助剂，可以实现过氧化锌纳米颗粒的形状和尺寸的定向控制。

水热生长直立均匀 zno 纳米棒阵列的影响因素水热生长直立均匀 ZnO 纳米棒阵列的影响因素一、引言水热法是一种简单且有效的方法，用于合成直立均匀的 ZnO 纳米棒阵列。

这种方法不仅能够制备出具有优良性能的纳米材料，而且还在能源、光电、催化等领域具有广泛的应用。

了解影响水热生长直立均匀ZnO 纳米棒阵列的因素，对于优化合成策略、提高纳米材料的性能具有重要意义。

本文将从表面处理、反应条件、溶液浓度和衬底选择等方面，探讨影响水热生长直立均匀 ZnO 纳米棒阵列的因素。

二、表面处理表面处理是实现直立均匀 ZnO 纳米棒阵列生长的关键步骤之一。

在水热法合成过程中，通过表面处理可以改变衬底表面的性质，从而对纳米棒的生长行为产生影响。

常用的表面处理方法包括使用酸洗、其它表面活化剂等。

这些表面处理方法可以去除衬底表面的杂质和缺陷，提高纳米棒的生长均匀性。

三、反应条件反应条件是影响水热生长 ZnO 纳米棒阵列的重要因素之一。

合适的温度和反应时间可以促进纳米棒的生长，并控制其生长方向和尺寸。

通常情况下，较高的反应温度和较长的反应时间有利于纳米棒的纵向生长，而较低的反应温度和较短的反应时间则可以促使纳米棒的横向生长。

适当的溶液浓度和 PH 值也对纳米棒的生长具有重要影响。

四、溶液浓度溶液浓度是影响水热生长 ZnO 纳米棒阵列的重要因素之一。

溶液浓度的增加可以提高纳米棒的密度和尺寸，并且可以增加纳米棒的生长速率。

然而，当溶液浓度过高时，会导致纳米棒之间的相互作用增强，从而影响纳米棒的均匀生长。

在水热法合成 ZnO 纳米棒阵列时，需平衡溶液浓度和均匀性之间的关系，选择适当的浓度，以实现均匀的生长。

五、衬底选择衬底的选择对于实现水热生长直立均匀 ZnO 纳米棒阵列也有重要影响。

合适的衬底可以提供足够的成核点，促使纳米棒的生长。

常用的衬底材料包括硅片、玻璃基片等。

选择不同的衬底材料，可以调控纳米棒的生长方向和排列密度，从而实现不同的纳米棒阵列结构。

东南大学硕士学位论文ZnO纳米线的生长与排列姓名：赵茂聪申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：徐春祥20090301ZnO纳米线的生长与排列作者：赵茂聪学位授予单位：东南大学1.学位论文张献祥钨针尖上氧化锌纳米线的制备和场发射性能研究2009氧化锌(ZnO)纳米材料作为一种宽禁带半导体材料，具有场发射材料所需要的许多性质。

氧化锌纳米材料已经成为场发射材料的研究热点。

虽然有关氧化锌纳米材料的研究已经很多，但是对几根氧化锌纳米线的研究很少。

<br> 本研究的重点和目的就是研究氧化锌纳米线端口和侧壁场发射特性。

为了达到此目的，本实验采用的样品是生长在钨针尖上的氧化锌纳米线。

为了制备适合场发射研究的样品，本研究采用了最简易的生长设备和最常用的制备氧化锌纳米线的方法：直接加热锌粉的方法。

<br> 选取适宜进行氧化锌纳米线场发射性能测试的样品：钨针尖上定向ZnO纳米线和钨针尖上非定向ZnO纳米线。

并对这两种样品分别测试ZnO纳米线端口场发射性能和ZnO纳米线侧壁场发射性能。

获得了令人满意地结果：清晰的氧化锌纳米线端口场发射图像(正六边形的环)。

这一结果是比较新颖的，目前还没有类似的文章报道。

这一结果同时也说明了氧化锌纳米线正六边形端口(0001)面的场发射来自边和角，电场在端面各处分布不均。

对此结果还用ANSYS对氧化锌纳米线端口电场分布进行模拟。

结果显示氧化锌纳米线端口正六边形的角和边处的电场比其他地方大得多。

这正就证明了氧化锌纳米线正六边形端口(0001)面的场发射来自边和角，电场在端面各处分布不均。

<br> 重点分析了一下热处理对端口场发射性能的影响。

结果发现热处理具有正反两面的作用：使场发射稳定和使场发射性能下降。

<br> 氧化锌纳米线侧壁场发射性能测试结果显示相同电压下侧壁发射性能不如端口发射好。

加热处理产生的热量容易使得这些较细的氧化锌纳米线蒸发。

纳米ZnO材料的合成及其光催化应用郎集会;吴思;王勇;王瑛琦;刘畅;李秀艳;杨景海【摘要】纳米氧化锌(ZnO)作为一种半导体金属氧化物功能材料,它的诸多特性如荧光性、光催化活性、紫外激光发射、紫外线吸收、光电及压电性等被人们陆续发现并广泛应用于荧光体、高效催化剂、紫外线遮蔽材料、气体传感器、图像记录材料及压电材料等多个领域.ZnO由于其绿色、环保和高效等优点,近年来在环境污染控制方面受到人们的广泛关注.通过合成技术和条件控制纳米ZnO材料的粒径、表面态和形貌等参数可以提高光催化材料的光催化活性和量子产率.本文综述了本课题组对纳米ZnO材料的合成技术及其在光催化领域的应用研究,主要探讨了影响纳米ZnO材料光催化性能的相关参数.【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】7页(P30-36)【关键词】纳米氧化锌;合成方法;光催化活性;应用【作者】郎集会;吴思;王勇;王瑛琦;刘畅;李秀艳;杨景海【作者单位】吉林师范大学物理学院,吉林四平136000;吉林师范大学物理学院,吉林四平136000;吉林师范大学物理学院,吉林四平136000;吉林师范大学物理学院,吉林四平136000;吉林师范大学物理学院,吉林四平136000;吉林师范大学物理学院,吉林四平136000;吉林师范大学物理学院,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】O614.2;O643.30 引言近年来，半导体金属氧化物由于其绿色、环保、高效等优点，在环境污染控制方面得到了广泛关注，可以说是目前重要的光催化剂之一[1-3].随着纳米科技的高速发展，人们对材料的性质有了更深入的认识，为纳米光催化技术的应用提供了极好的机遇.控制纳米材料的粒径、表面态、形貌等技术手段日趋成熟，通过材料设计，提高光催化材料的光催化活性和量子产率成为可能[4-5].而纳米半导体金属氧化物，如TiO2、ZnO纳米材料，促进了光催化学科与纳米半导体材料学科的交叉融合，使纳米半导体金属氧化物这类光催化材料的制备及其光催化性能研究成为近年来科学领域关注的热点[6-11].氧化锌(ZnO)是一种宽带隙半导体金属氧化物功能材料，具有直接带隙、高电子迁移率等诸多优点.最近研究结果表明，与TiO2相比，ZnO在处理废水中某些难降解的有机污染物时具有更好的光催化效果[12-17].Juan Xie等[18]采用水热法合成了ZnO花状和片状结构，并对不同形貌的ZnO材料进行光催化降解甲基橙研究.研究表明，在紫外灯的照射下，由于两种材料带隙的不同导致片状ZnO比花状ZnO具有更优异的光催化活性.Jagriti Gupta等[19]通过软化学法改变OH-离子浓度合成了不同形貌的ZnO纳米材料，在OH-离子浓度较低时合成了直径为8 nm球状纳米颗粒，在OH-离子浓度较高时合成了长度为30～40 nm的ZnO纳米棒.研究结果表明，材料的缺陷对其光催化活性有很大的影响.在紫外灯照射下降解甲基蓝的催化结果表明，由于球状ZnO纳米颗粒具有较多的氧空位，因此其光催化活性最佳.Manoj Pudukudy等[20]采用简单的共沉淀法合成了准球形和胶囊形ZnO纳米材料，研究了反应温度对材料光催化活性的影响.研究结果表明，在低温下准球形ZnO纳米材料形成，而高温下胶囊形ZnO纳米材料形成.在紫外灯下对染料甲基蓝的催化降解表明，退火温度的提高有利于提高材料的光催化降解率.尽管这些ZnO纳米材料具有较高的光催化活性，但是其禁带宽度的限制极大制约了ZnO对太阳光辐射的利用率和实际生活中的广泛应用.此外，ZnO光催化剂中的光生电子-空穴复合率高，导致光量子利用率低，易发生光化学腐蚀等问题，从而降低其光催化效率.因此，有必要采用各种手段提高该类催化剂的光催化活性和化学稳定性.纳米ZnO材料作为一种重要的半导体金属氧化物功能材料具有广泛的应用前景，特别是在环境有机污水处理方面引起人们极大的关注.因此，人们研发了不同的纳米ZnO材料的合成方法，主要方法见图1所示.图1 纳米ZnO材料的合成方法Fig.1 The synthesis method of ZnO nanomaterials基于此，本课题组做了一些相关研究工作，采用了不同的合成方法来制备纳米ZnO材料，如：化学溶液沉积法、水热法、两步化学合成法、化学刻蚀法、模板法等，并对影响材料光催化活性的相关参数进行了研究和分析.1 纳米ZnO材料的水热法合成及其光催化性能研究水热法是利用水热反应得到纳米ZnO材料的一种方法.水热反应是在高温高压条件下进行的一种化学反应[21].依据反应类型的不同，水热反应可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等.相比较其他制备方法而言，该方法具有很多优点，如：晶粒发育完整、分散性好、纯度高、晶形好且生产成本较低.图2 六方纳米盘状ZnO(A)、“汉堡包”状ZnO(B)的FE-SEM图及其光催化降解曲线(C) [22]Fig.2 FE-SEM image of (A) ZnO hexagonal platforms and (B) hamburger-like ZnO nanostructures，and (C) their curves of degradation efficiency versus reaction time[22]课题组Yang等[22]采用水热法成功合成出六角纳米盘状和“汉堡包”状的ZnO催化剂，并将合成的催化剂对RhB染料进行紫外灯下光催化降解(图2).研究表明：与“汉堡包”状的ZnO催化剂相比，六角纳米盘状的ZnO催化剂具有更好的光催化活性，认为与裸露的极性面和表面缺陷氧空位有关.在此研究基础上，同样采用水热法通过改变不同表面活性剂合成了不同形貌的纳米ZnO材料，如纳米盘、纳米颗粒，同样在紫外灯照射下对催化剂的光催化活性进行了研究(图3)[23].研究表明：催化剂的尺寸和表面氧空位的数量对催化剂的光催化活性有很大的影响，其中尺寸较小的催化剂拥有较大的BET表面积和较多的表面氧空位，因此具有较强的光催化活性.由此可知，影响纳米ZnO材料的光催化活性的因素有：裸露的极性面、表面缺陷氧空位、形貌、尺寸大小.此外，Wang等[24]同样采用该方法合成了具有磁性可分离与重复利用的Fe3O4@ZnO纳米核壳结构.研究结果表明：与纯ZnO纳米粒子相比，由于Fe3O4@ZnO 核壳纳米粒子的表面氧空位浓度更高且核壳结构中的Fe3+离子有利于提高材料的光催化性能，因此合成的Fe3O4@ZnO纳米核壳结构具有更为优异的光催化性能且循环性较好.另外，由于核壳结构中的Fe3O4使该核壳结构具有较好的稳定性和可重用性.图3 不同形貌纳米ZnO材料的SEM图(A—E)及其光催化降解曲线(F—H) [23]Fig.3 (A—E) SEM images and (F—G) photocatalytic degradation curves of all the ZnO nanomaterials[23]2 纳米ZnO材料的CBD法合成及其光催化性能研究化学溶液沉积法(CBD)是湿化学方法的一种，主要指在常温常压条件下，通过较为温和的化学反应来合成材料的方法.这种方法具有操作简单、溶液控制、成本低廉、环保、反应条件温和、耗能低及实验条件简单等优点.课题组先后采用了该方法合成了不同形貌的纳米ZnO材料，如纳米棒、纳米花、纳米带等.其中，Li等[25-26]采用CBD法在衬底上合成了不同尺寸的纳米ZnO棒状结构，并研究了材料的光催化性能.如图4所示，研究表明，尺寸对材料的光催化性能有很大的影响.另外，其他参数如取向度、形貌等对材料的光催化活性也有一定的影响.但在其他参数一定条件下，材料的尺寸越小，其光催化活性越高.其中，当纳米棒的尺寸为70 nm时，在紫外灯照射下其降解甲基橙180 min，其降解率可达98.6%.课题组Yang等[27]同样采用该方法在硅片上合成了ZnO薄膜，并研究了不同溶剂对材料光催化性能的影响规律(图5—图6).研究表明，采用水、乙醇和丙醇三种溶剂所制备样品的形貌、尺寸和缺陷都有所不同.采用水、乙醇和丙醇三种溶剂在硅衬底上形成材料的形貌分别为纳米棒、微米椭圆和微米盘，其中以水为溶剂所制备的ZnO薄膜的光催化性能最佳，在紫外灯照射下对罗丹明B(RhB)进行光催化降解，5 h后降解率可达95.4%.图4 不同尺寸的纳米ZnO纳米棒的SEM图及其光催化降解图 [25]Fig.4 SEM image of ZnO nanorods with different sizes and their diagrams of degradation efficiency[25]图5 分别采用水溶剂、乙醇溶剂和丙醇溶剂在硅衬底上生长纳米ZnO材料的SEM(A1—C1)和TEM(A—F)图[27]Fig.5 (A1—C1)SEM and (A—F)TEM images of ZnO nanomaterials with different solvents[27]图6 分别采用水溶剂、乙醇溶剂和丙醇溶剂在硅衬底上生长纳米ZnO材料的光催化降解曲线[27]Fig.6 The curves of degradation efficiency versus reaction time of ZnO nanomaterials[27]3 纳米ZnO材料的化学沉淀法合成及其光催化性能研究化学沉淀法是将不同化学成分的物质溶液按比例混合，并在其中加入适当的沉淀剂制备出沉淀物前躯体，然后再将生成的沉淀物前躯体在一定条件下进行干燥或锻烧处理，最终得到粉体颗粒，其包括直接沉淀法和均匀沉淀法[21].该方法具有制备成本较低、纯度较高、产量较大等优点.课题组[28]采用化学沉淀法合成了稀土Ce掺杂的ZnO纳米颗粒，并在紫外灯照射下用于降解染料甲基橙(图7).图7 不同稀土Ce掺杂浓度(0%、0.5%、1%、1.5%、2%)ZnO纳米颗粒的TEM(A—E)、PL(F)和光催化降解图(G—H) [28]Fig.7 (A—E)TEM，(F)PL and (G—H)photocatalytic degradation drawing of ZnO nanoparticles with different Ce doping concentrations[28]如图7所示，研究结果表明，稀土Ce离子的掺杂有利于提高ZnO纳米颗粒的光催化活性.稀土Ce离子有俘获电子的能力，可以减少光生电子-空穴复合的几率，从而提高材料的光催化活性.另外，随着Ce掺杂浓度的增加，ZnO主体材料中的缺陷浓度随之增加，这也有利于光催化性能得提高.同时，Ce的掺杂也略改变了ZnO的带隙.课题组Wang等[29]采用该方法合成了Fe3O4@SiO@ZnO，并对进行了负载Ag.研究结果表明，在紫外灯照射下降解RhB染料时Fe3O4@SiO@ZnO-Ag比Fe3O4@SiO@ZnO具有更佳优异的光催化活性，且该新型核壳结构具有很好的化学稳定性、可重复和可回收性.可见，对材料的适当修饰和改性(离子掺杂、负载等)可以提高材料的光催化性能，拓宽材料的光催化应用.4 结论本文简述了课题组合成纳米ZnO材料的一些实验方法，并对其光催化性能进行了总结和分析.实验得出了影响纳米ZnO材料光催化性能的相关参数，如纳米材料的尺寸、材料的缺陷、形貌、取向性等，同时也采取了掺杂和负载等技术手段来提高材料的光催化应用.参考文献【相关文献】[1]XIE Y P，LIU G，YIN L C，et al.Crystal 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《ZnO纳米结构的掺杂调控及其异质结光电性能的研究》篇一摘要：本文针对ZnO纳米结构的掺杂调控及其异质结光电性能进行了深入研究。

首先，介绍了ZnO纳米材料的基本性质和掺杂技术；其次，详细阐述了不同掺杂元素对ZnO纳米结构性能的影响；最后，探讨了ZnO基异质结的构建及其在光电领域的应用。

通过实验和理论分析，为ZnO纳米材料在光电器件中的实际应用提供了理论依据和实验支持。

一、引言ZnO作为一种重要的宽禁带半导体材料，因其优异的物理和化学性质，在光电器件领域具有广泛的应用前景。

通过掺杂调控可以改变ZnO纳米结构的电学和光学性能，进一步拓展其应用范围。

本文旨在研究ZnO纳米结构的掺杂调控及其与异质结结合的光电性能，为ZnO基光电器件的研发提供理论支持和实验依据。

二、ZnO纳米材料的基本性质与掺杂技术ZnO具有较高的激子束缚能，良好的热稳定性和化学稳定性，使其在紫外光探测器、LED、太阳能电池等领域具有潜在的应用价值。

掺杂技术是调控ZnO纳米结构性能的重要手段，通过引入杂质原子，可以改变ZnO的电学和光学性质。

常见的掺杂元素包括铝（Al）、氮（N）等。

三、不同掺杂元素对ZnO纳米结构性能的影响1. 铝掺杂ZnO（AZO）：Al元素的引入可以有效地提高ZnO 的导电性能，降低电阻率。

此外，Al掺杂还可以提高ZnO的光学带隙，增强其抗辐射性能。

2. 氮掺杂ZnO（NZO）：N元素的引入可以在ZnO中形成受主能级，有效提高其P型导电性能。

NZO在蓝光LED、透明导电膜等领域具有潜在的应用价值。

四、ZnO基异质结的构建及其光电性能异质结是由两种不同材料的界面组成的结构，具有优异的电学和光学性能。

本文研究了ZnO与其他半导体材料（如Si、GaN 等）构成的异质结。

通过控制异质结的界面结构和能带排列，可以实现光生载流子的有效分离和传输，提高光电转换效率。

五、实验与结果分析1. 样品制备：采用溶胶-凝胶法、化学气相沉积等方法制备了不同掺杂元素的ZnO纳米结构及异质结样品。

ZnO纳米阵列增强大功率蓝光LED出光效率的研究徐冰;赵俊亮;张检明;孙小卫;诸葛福伟;李效民【摘要】采用低成本的化学溶液法在大功率GaN基蓝光LED芯片上生长ZnO纳米阵列,以提高LED芯片的出光效率.通过改变生长溶液中氨水及锌离子浓度实现对纳米阵列结构形貌的可控性,进而得到不同形貌的ZnO纳米阵列.在此基础上,进一步研究纳米结构形貌对LED芯片出光性能的影响,探讨纳米结构增强LED芯片发光效率的机理.结果表明,较高密度、锥形形貌的ZnO纳米阵列更有利于增强LED芯片的出光效率.在优化的实验条件下,表面沉积ZnO纳米阵列的LED芯片比普通LED的出光效率高出60％以上,并且纳米阵列不影响LED器件的电学性能和发光稳定性.%ZnO nano-arrays were grown on high power GaN blue LED chip by low-cost chemical solution methods, which aimed to enhance the light extraction efficiency of LED chip. Various morphology was achieved by adjusting the concentration of ammonia and Zn2+ in the growth solution. With different growth solution, ZnO nano-arrays exhibited different morphologies and densities. The effect of nano-array morphology on the light extraction performance of the ZnO nano-array coated LED chip were studied. The mechanism of light extraction efficiency enhancement by nano-arrays was also discussed based on the experimental results. The result shows that ZnO nano-arrays with higher density and cone-shaped morphology are favorable for the improvement of light extraction in LED chip. ZnO nano-arrays grown at the optimum conditions can enhance the light extraction of LED chip by more than 60%. Meanwhile, ZnO nano-arrays have no significant effect on the electrical properties and electroluminescence stability of LED chip.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2012(027)007【总页数】5页(P716-720)【关键词】ZnO纳米阵列;大功率LED芯片;出光效率;化学溶液法【作者】徐冰;赵俊亮;张检明;孙小卫;诸葛福伟;李效民【作者单位】天津大学理学院,应用物理系,天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室,天津300072;天津大学理学院,应用物理系,天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室,天津300072;天津大学理学院,应用物理系,天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室,天津300072;天津大学理学院,应用物理系,天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室,天津300072;中国科学院上海硅酸盐研究所,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海200050【正文语种】中文【中图分类】O472半导体照明(LED)光源是近些年快速发展的一种新型固态光源, 具有微型化、高效率、长寿命[1]、无汞、色彩丰富等显著优点, 成为世界公认的“第四代绿色照明光源”, 并且LED光源的效率理论上高达50%以上[2], 有望大幅度降低照明能耗. 目前, 固态白光照明LED面临的关键问题是提高效率和降低成本. 改善白光LED效率的有效途径之一是提高InGaN基蓝光LED芯片的发光效率(外量子效率). LED的外量子效率由内量子效率和光子提取效率(出光效率)共同决定, 现在LED内量子效率可达到 80%以上[3-4]. 内量子效率的提升空间很小, 出光效率成为制约LED 发光效率的瓶颈. 目前,大多数研究采用在 LED器件出光面通过纳米加工技术形成微凸透镜或光子晶体阵列[5-6]来增强 LED芯片的出光效率. 然而, 此方法通常需要昂贵的纳米精密加工设备, 增加了LED的成本. 最近研究发现在InGaN基LED的出光面上生长ZnO纳米阵列,可以使LED的出光效率提高50%以上[7-9]. ZnO纳米阵列可以通过自组装生长而无需复杂的纳米加工工艺[10], 并且ZnO作为新型宽禁带半导体材料具有高透光率、原料成本和加工成本较低等优势, 有望成为制作高效率低成本LED光源的可靠方法. 本工作主要通过水溶液法在GaN基蓝光LED芯片上生长ZnO纳米阵列, 并通过改变生长溶液中氨水和Zn2+的浓度控制纳米阵列的形貌、尺寸及排列密度来改善芯片的出光效率.1.1 实验原料采用的化学试剂均为分析纯级, 实验原料为六亚甲基四胺(C6H2N4), 乙二醇甲醚(C3H8O2), 单乙醇胺(C2H7NO), 二乙醇胺(C4H11NO2), PEI, 丙酮(C3H6O), 乙醇(C2H5OH), 硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O),盐酸(HCl), 氨水(NH3·H2O).1.2 实验过程用乙二醇甲醚做溶剂配置醋酸锌与单乙醇胺的溶胶溶液, 密封后放入烘箱中加热至60℃. 先将LED芯片放置在250℃的电热板上预热, 再放入上述溶胶溶液中通过浸渍—提拉法生长一层 ZnO籽晶层. 将生长好籽晶层的 LED芯片放入由Zn(NO3)2·6H2O、HMT(六亚甲基四胺溶液体系)、氨水和 PEI组成的生长溶液中密封, 并放入烘箱中90℃加热 2 h, 生长 ZnO 纳米阵列. 生长溶液中HMT和 PEI 的浓度分别固定在 0.125 mol/L与0.0059 mol/L, 而Zn2+(Zn(NO3)2·6H2O)浓度在 0.25~0.8 mol/L范围内变化, 氨水浓度在0.33~0.48 mol/L范围内变化. 1.3 性能表征通过场发射扫描电子显微镜(FESEM, JEOL公司, JSM–6700F)观察纳米ZnO阵列的微观形貌和结构, 分析纳米阵列的直立性、尺寸与密度.LED芯片的电学性能通过 I-V特性测试表征,测试在Keithley 2400数字源表与Keithley 2015万用表上完成, 样品放置在探针台(无锡市赛更特电子设备厂生产)上, 两个探针分别接触芯片的正负极,通过探针施加电压测试. 对表面生长有ZnO纳米阵列的LED芯片, 测试之前需要用微探针将覆盖在电极上的纳米阵列刮除, 以保证探针与电极的接触.LED芯片的光谱测试通过GSI80型紫外–可见–近红外波段光纤光谱仪(天津津科浩强公司生产)进行, 样品同样放置在探针台上, 通过探针施加电压发光后, 通过光纤传输至光谱仪收集.2.1 ZnO纳米阵列的微观结构图1为生长溶液中氨水浓度对纳米ZnO阵列形貌的影响. 可以发现, 随着氨水浓度增大, 纳米阵列长度明显变短. 这是由于氨水浓度较高时, 溶液中较高浓度的OH–离子降低Zn(NO3)2·6H2O的水解反应速率, 从而降低纳米ZnO阵列的生长速率.图2为不同Zn2+离子浓度溶液生长出的ZnO纳米阵列的 SEM 照片. 可能看出, Zn2+浓度从0.25 mol/L增加到0.4 mol/L时, 密度明显增大, 直径与长度也增加, 并且出现明显的锥形结构. 当Zn2+离子浓度继续增加时, 密度变化不再明显, 长度增加也不明显.图 3为在优化条件下生长的 ZnO纳米阵列的XRD 图谱, 除 ZnO(002)衍射峰外未发现其他衍射峰, 这表明纳米阵列为典型的纤锌矿ZnO晶体结构,并沿(002)面择优取向, 即沿 c轴垂直于衬底生长,与SEM观察到的结果一致.2.2 LED芯片的电学性能不同生长条件下LED芯片上生长ZnO纳米阵列之后的I-V曲线如图4和图5所示(图中均以未生长ZnO纳米阵列的LED芯片做参考, 在图中表示为reference).从图4与图5可以看出在不同浓度的氨水及不同浓度Zn2+下生长ZnO纳米阵列, LED芯片的电学性能没有显着变化, 都维持着很好的整流特性, 开启电压也基本维持在 2.6 V左右, 而正向电流与未生长纳米阵列的器件相比略有增加, 其原因为: 在生长ZnO纳米阵列之前生长了一层致密籽晶层, 该籽晶层可以沿衬底表面形成导电通道, 从而在一定程度上降低了器件的电阻, 但是由于ZnO薄膜电阻较大, 对于电流的增加贡献较小, 所以正向电流的增加不太明显. 由此可见, ZnO纳米阵列并不会对LED芯片的电学性能产生显着影响.2.3 LED芯片的光学性能文献[11-13]研究中发现, ZnO纳米阵列可以显著增强LED芯片的出光效率[11-13], 这是由于纳米阵列可以显著改善光子在LED芯片与空气界面处的全反射. ZnO 折射率介于 GaN与空气之间,在芯片表面生长纳米阵列后, 部分满足全反射条件的光线可以传输至纳米 ZnO中, 经过多次反射最终从顶端出射, 由此增强了LED芯片的出光效率.LED芯片在不同氨水浓度溶液中生长的 ZnO纳米阵列的发光光谱如图 6. 可以看出, 生长完纳米阵列后LED芯片的发光强度有所增加, 氨水浓度从0.33 mol/L增加到0.405 mol/L时, 芯片发光强度略有下降. 浓度进一步增加至 0.48 mol/L时, 芯片发光强度又提高至0.33 mol/L对应的水平. 由图6可以看出, 氨水浓度的变化对于发光强度的影响不显著.LED芯片在不同Zn2+浓度溶液中生长纳米阵列的发光光谱如图 7. 与氨水浓度相比, Zn2+浓度对LED芯片的发光强度影响更大. Zn2+浓度为0.4 mol/L时样品发光强度最强, 与参照LED芯片相比, 出光效率提高60%以上, 说明该条件下生长的纳米阵列具有最有效的光子提取作用. 而当 Zn2+浓度达到0.8 mol/L时发光强度又远低于参照LED芯片.由图 2可知, Zn2+浓度由 0.25 mol/L增加至0.4 mol/L时, 发光强度增强是由密度增加引起的,这与前期文献研究中有人提出高密度的纳米阵列可以更有效地增强LED出光效率一致[6]. 而 Zn2+浓度为0.4 mol/L的样品呈现出明显的锥形结构[8], 更利于提高LED芯片的出光效率. 而Zn2+浓度从0.4 mol/L增加至0.8 mol/L时, 纳米阵列结构并没有明显的变化, 但是出光效率明显下降, 这可能是由于溶液中过多的Zn2+增加了ZnO晶体中Zn间隙缺陷的浓度,缺陷对LED所发出的蓝光产生吸收, 从而降低了芯片的出光效率.为了进一步研究LED芯片的电致发光性能, 研究了表面长有纳米阵列的LED芯片与参照LED芯片的发光强度随电流关系曲线如图 8. 可以看出,各电流下纳米阵列LED芯片的发光强度都高于未生成纳米阵列的LED芯片, 并且LED芯片的发光强度随电流增加基本保持线性增加, 说明纳米阵列在增强LED芯片出光效率的同时, 不会对器件稳定性造成明显影响.采用低成本化学溶液方法在 GaN基大功率蓝光LED芯片上制备出ZnO纳米阵列, 阵列沿c轴垂直衬底生长, 具有较好的直立性. 纳米阵列生长溶液中氨水浓度与Zn2+浓度对纳米阵列形貌产生影响,进而影响 LED芯片的出光效率. 实验结果表明,Zn2+浓度对纳米阵列LED芯片出光性能的影响大于氨水的影响, 当Zn2+浓度为0.4 mol/L, 氨水浓度为0.48 mol/L 时, 纳米阵列具有锥形尖端形貌, 阵列密度较高, 此时LED芯片的出光性能最好. 与没有生长纳米阵列的LED芯片相比, ZnO纳米阵列可以增强LED出光效率60%以上, 并且不会对器件电学性能与发光稳定性造成影响.【相关文献】[1] 胡耀祖, 李丽玲, 李宏俊, 等. 照明节能技术发展趋势. 照明工程学报. 2008, 19(2): 1−6.[2] Phillips J M, Coltrin M E, Crawford M H, et al. Research challenges to ultra-efficient inorganic solid-state lighting. Laser &Photon Rev., 2007, 1(4): 307−333.[3] Nishida T, Saito H, Kobayashi N, et al. Milliwatt operation of Al-GaN-based single-quantum-well light emitting diode in the ultraviolet region. Appl. Phys. Lett., 2001, 78(25): 3927−3928.[4] Fujii T, Gao Y, Sharma R, et al. Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening.Appl. Phys. Lett., 2004, 84(6): 855−857.[5] McGroddy K, David A, Matioli E, et al. Directional emission control and increased light extraction in GaN photonic crystal light emitting diodes. Appl. Phys. Lett., 2008, 93(10): 103502−1−3.[6] Kwon M K, Kim J Y, Park I K, et al. Enhanced emission efficiency of GaN/InGaN multiple quantum well light-emitting diode with an embedded photonic crystal. Appl. Phys. Lett., 2008, 92(25):251110−1−3.[7] Zhong J, Chen H, Saraf G, et al. Integrated ZnO nanotips on GaN light emitting diodes for enhanced emission efficiency. Appl. Phys.Lett., 2007, 90(20): 203515−1−3.[8] Chiu C H, Lee C E, Chao C L, et al. Enhancement of light output intensity by integrating ZnO nanorod arrays on GaN-based LLO vertical LEDs. Electrochemical and Solid-State Letters. 2008,11(4): 84−87.[9] An Sung Jin, Chae JeeHae, Yi Gyu-Chul, et al. Enhanced light output of GaN-based light-emitting diodes with ZnO nanorod arrays. Appl. Phys. Lett., 2008, 92(12):121108−1−3.[10] Qiu Jijun, Li Xiaomin, Zhuge Fuwei, et al. Solution-derived 40 μm vertically aligned ZnO nanowire arrays as photoelectrodes in dye-sensitized solar cells. Nanotechnology. 2010, 21(19): 1−9.[11] Kim Kyoung-Kook, Lee Sam-dong, Kim Hyunsoo, et al. Enhanced light extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes with ZnO nanorod arrays grown using aqueous solution. Appl. Phys.Lett., 2009, 94(7): 071118−1−3.[12] Kuo C H, Chen C M, Kuo C W, et al. Improvement of near-ultraviolet nitride-based light emitting diodes with mesh indium tin oxide contact layers. Appl. Phys. Lett., 2006, 89(20):201104−1−3.[13] Ye Jing, Zhao Yu, Tang Libin, et al. Ultraviolet electroluminescence from two-dimensional ZnO nanomesh/GaN heterojunction light emitting diodes. Appl. Phys. Lett., 2011, 98(26):263101−1−3.。

纳米ZnO多孔材料的制备及其光学性质的研究纳米ZnO多孔材料的制备及其光学性质的研究引言纳米材料作为一类具有特殊结构和性质的材料，近年来受到了广泛关注。

纳米材料的制备方法众多，其中纳米ZnO多孔材料因其优异的光学性质，备受研究者的青睐。

本文主要对纳米ZnO多孔材料的制备方法及其光学性质进行了综述和分析。

纳米ZnO多孔材料的制备方法纳米ZnO多孔材料的制备方法因其结构特点的需要而不同。

目前常见的制备方法主要有几种：溶胶-凝胶法、气相沉积法、水热法等。

溶胶-凝胶法是将溶液中的Zn源加入到混合溶液中，形成溶胶，再将溶胶经由加热和脱水过程得到凝胶。

凝胶会再经由煅烧，形成多孔ZnO材料。

这种方法可以根据需求控制凝胶形成的速率和温度，得到不同孔结构的材料。

气相沉积法是指在一定的气氛下，通过将气体中的Zn源转变成蒸汽等方式，将其将其转移到基底表面沉积形成多孔ZnO材料。

这种方法具有高纯度、高晶质和规模化生产等优点。

水热法是利用高压合成器中的高温高压水介质，将合成所需晶种和反应物置于高温高压水箱中，通过水热反应合成纳米ZnO多孔材料。

水热法制备的多孔材料具有晶型可控性强、形貌可调性好等优点。

纳米ZnO多孔材料的光学性质研究纳米ZnO多孔材料在光学性质研究上表现出了许多特殊的性质，如荧光性质、吸光性质和光催化性质等。

首先，纳米ZnO多孔材料在荧光性质方面具有较强的发射和吸收特性。

纳米ZnO多孔材料由于其特殊的孔结构和大小效应，导致其光子峰位置具有明显的红移现象。

这种红移现象会进一步影响其吸收能力和发射光谱。

因此，合理调控纳米ZnO多孔材料的孔结构和孔径大小，对其荧光性质研究具有重要意义。

其次，纳米ZnO多孔材料表现出的吸光性能也备受关注。

纳米ZnO多孔材料的孔结构导致了其对光的吸收增强，进而影响了其吸收能力。

潜在应用领域包括太阳能电池、光电传感器等。

最后，纳米ZnO多孔材料具有较好的光催化性能。

纳米ZnO多孔材料具有大比表面积和特殊的孔结构，能够提供更多的吸附和反应位点，从而提高光催化反应速率。

ZnO纳米棒阵列的可控生长与表征摘要：采用化学溶液法在沉积了ZnO种子层的SnO2:F导电玻璃衬底上，生长了ZnO纳米棒阵列。

研究了1，3-丙二胺浓度对纳米棒阵列的形貌结构的影响规律。

采用扫描电镜（SEM），X射线衍射（XRD）对ZnO纳米棒的表面形貌和晶格结构进行了表征。

SEM结果表明纳米棒阵列垂直衬底表面生长，XRD结果表明纳米棒生长方向沿着［002］晶向，具有单晶结构。

1，3-丙二胺浓度对制备得到的纳米棒形貌、长度等有明显调控作用。

在优化条件下生长的ZnO纳米棒的长度大约7m and the diameters about10nm at the tip and150nm at the base were obtained.The optical property of ZnO nanorod arrays was characterized by photoluminescence measurement at room temperature.Key words：ZnO；chemical solution route；nanorod arrayZnO是一种非常重要的直接带隙II-VI族氧合物半导体，具有优异的光电性质。

ZnO禁带宽度为3.37eV，其激子束缚能为60meV，可以实现室温下的激子发射，产生近紫外的短波发光。

ZnO的导电性质具有良好的可控性，通过掺杂，ZnO的电阻率可以在10・cm之间变化。

另外ZnO还具有很好的压电性质，场发射特性，导热特性和光催化性质等［1］。

纳米结构的ZnO由于其独特的物理特性及在光电子器件方面的巨大潜力，备受关注。

规则排列的ZnO纳米棒针列是目前研究最多的体系之一，它在太阳能电池［2］、光学减反射层［3］、纳米发电机［4］、纳米紫外激光器等领域有着非常重要的应用前景［5］。

ZnO纳米棒阵列常用的制备工艺包括化学溶液沉积［6］、化学气相沉积［7］、热蒸发［8］、电化学沉积［9］和磁控溅射等等［10］。

纳米氧化锌材料的制备及其光催化性能研究纳米氧化锌材料的制备方法有很多种，常用的方法包括溶剂热法、水热法、溶胶-凝胶法等。

其中，溶剂热法是一种常用的制备方法。

这种方法主要通过在高温、高压条件下，将溶液中的锌源与氧化剂反应生成纳米氧化锌颗粒。

溶胶-凝胶法是另一种常用的方法，通过将金属盐溶解在溶液中，并加入适当的酸或碱调节溶液的酸碱度，使其产生胶体，然后经过凝胶、干燥和焙烧等步骤得到纳米氧化锌。

纳米氧化锌材料具有较大的比表面积和较高的光吸收能力，这使得其具有优异的光催化性能。

纳米氧化锌在光照条件下，可以吸收光能，激发电子从价带向导带跃迁，产生电子空穴对。

这些电子空穴对具有强氧化性，可以氧化有机物质和降解有害物质。

此外，纳米氧化锌还具有良好的光电化学性能，可以用于光电池、光催化分解水等领域。

纳米氧化锌材料的光催化性能可以通过一系列实验来研究。

首先，可以通过紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）分析材料的光吸收能力，并确定其能带结构和能带宽度。

其次，可以采用光电流-电势曲线（I-V）测试技术来评估光电转化效率。

再次，可以通过光催化降解有机染料等实验，研究材料的光催化活性。

此外，还可以通过表面等离子体共振（SPR）等技术，研究纳米氧化锌材料的光吸收特性和光催化过程中的电荷传输过程。

纳米氧化锌材料在光催化领域的应用前景非常广阔。

其在环境污染治理方面可以应用于有机物的降解和水的净化；在能源方面可以应用于光电池、光催化分解水等；在生物医学方面可以应用于抗菌剂和药物传递等。

然而，纳米氧化锌材料的应用也面临一些挑战，如光催化剂的稳定性、光催化效率的提高等。

因此，未来的研究应进一步探索纳米氧化锌材料的制备方法和性能改进，以实现纳米氧化锌材料在各领域的广泛应用。

总之，纳米氧化锌材料通过特殊的制备方法可以得到，且具有优异的光催化性能。

纳米氧化锌的光催化性能可以通过一系列实验来研究，包括光吸收能力、光电转化效率以及光催化活性等。

文章编号:1672-4067(2010)01-0001-03Zn O纳米粒子的制备与表征及其光催化活性杨玉英1,尚秀丽2(1.西北师范大学化学化工学院高分子重点实验室,甘肃兰州730070;2.兰州石化职业技术学院石油化学工程系,甘肃兰州730060)摘要:采用一种新方法-接枝羧基淀粉(I SC)吸附金属离子前驱物(I SC-Zn)热解法,制备了粒度分布均匀、分散性好的氧化锌纳米颗粒。

本方法分为三步:I SC的合成;I SC-Zn的制备;I SC-Zn的分解及ZnO纳米颗粒形成。

利用差热、热重(DT A-TG)研究了前驱物的分解过程;通过X射线衍射(XRD)数据分析了ZnO纳米颗粒的晶相;借助透射电镜(TE M)观察了ZnO粒子的形状和尺寸分布。

并用亚甲基蓝溶液研究了在此条件下制备的ZnO纳米粒子的光催化活性。

关键词:接枝淀粉,纳米粒子,ZnO;制备;光催化中图分类号:T Q13214 文献标识码:A 由于半导体纳米材料独特的光学和电学性质,在过去几十年中就已引起了科学家的广泛关注。

当颗粒尺度小于该材料的激子玻尔半径时,就会出现量子限域效应,由于量子限域效应的影响,超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体截然不同的特性。

在大量的半导体纳米材料中,由于氧化锌在太阳能转化[1],光电转换[2],以及催化剂[3]等许多领域的广泛应用,因而更受广大科学工作者的青睐。

为了制得质量好、粒度分布窄、形貌好的纳米Zn O,目前,已发展了多种制备方法,其中包括溶胶-凝胶法[4],沉淀法[5],热分解法[6],水热法[7]和微波加热法[8]。

采用溶胶-凝胶法可以制得大量的纳米材料,但是在形成溶胶-凝胶的过程中极易形成沉淀,并且,由于在这一过程中使用金属醇盐为原料,使该法合成成本较高。

化学沉淀法最具工业应用前景,但是具有反应温度高、所得颗粒粒度分布宽,比表面积大等缺点。

因此,探索低成本、高产率、易操作且具有工业应用前景的超微粉制备技术,具有重要的意义。

纳米ZnO的制备及其作为光催化剂的研究现状陆成龙; 张银凤; 王汉林【期刊名称】《《湖北理工学院学报》》【年(卷),期】2019(035)006【总页数】4页(P11-14)【关键词】纳米ZnO; 光催化剂; 光催化性【作者】陆成龙; 张银凤; 王汉林【作者单位】湖北理工学院材料科学与工程学院湖北黄石435003; 湖北理工学院环境科学与工程学院湖北黄石435003【正文语种】中文【中图分类】X523目前，我国的地表水和地下水均受到了不同程度的污染，污染源主要涉及工业领域，如造纸、印染、化工、炼油、钢铁、食品等[1]。

常用的水污染处理方法主要有物理吸附法、混凝法、化学法以及微生物处理法等[2]。

这些传统的方法对水污染治理起了重大作用，但是却存在着不同程度的缺陷，或效率低，不能将污染物彻底无害化，容易产生二次污染；或能耗过高，不适合大规模推广；或使用范围窄，只适用于特定的污染物[3-4]。

光催化氧化法是一种先进氧化技术，是将特定光源(如紫外光)与催化剂联合作用对废水进行处理的过程。

与传统水处理技术中以污染物的分离、浓缩以及相转移等为主的物理方法相比，光催化技术在进行水污染处理方面具有能耗低、反应条件温和、操作简单等一系列优点，且光催化剂自身无毒、无害，可反复使用，其强氧化性能将有机污染物完全氧化成H2O，CO2和无机离子等小分子，无二次污染[5-6]。

光催化技术有着传统的高温、吸附技术及常规催化技术所无法比拟的优势，成为一种极具应用前景的绿色环境治理技术[7-8]。

1 纳米ZnO的制备方法纳米ZnO的制备技术有很多种，多为液相法[9]。

常用的液相制备方法有高分子网络凝胶法、溶胶凝胶法、直接沉淀法、均匀沉淀法、微乳液法和水热法等[10]。

1.1 高分子网络凝胶法以丙烯酰胺为聚合单体，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为网络剂，在过硫酸铵引发剂的作用下，利用丙烯酰胺自由基聚合反应，同时利用网络剂的2个活化双键的双功能团效应，将高分子链联结起来。

光响应的纳米粒子zno纳米粒子ZnO是一种具有光响应性质的材料，其在光催化、光电子学和光化学等领域有着广泛的应用。

本文将以人类的视角来描述纳米粒子ZnO的光响应特性，让读者感受到这种材料的神奇之处。

让我们来了解一下纳米粒子ZnO的基本特性。

纳米粒子ZnO是由氧化锌组成的微小颗粒，其尺寸通常在纳米级别，具有较大的比表面积和量子尺寸效应。

这使得纳米粒子ZnO在光响应方面表现出了独特的性质。

当纳米粒子ZnO暴露在光线下时，它会吸收光能并将其转化为其他形式的能量。

这一过程涉及到材料内部的电子和空穴的运动。

当光线照射到纳米粒子ZnO表面时，光子的能量被吸收，激发了材料中的电子和空穴。

这些激发的载流子会在材料中自由移动，并参与到各种光响应的反应中。

纳米粒子ZnO的光响应主要表现在以下几个方面。

首先，纳米粒子ZnO可用于光催化反应。

当纳米粒子ZnO暴露在光线下时，其表面会产生活性氧物种，如氢氧自由基和羟基自由基。

这些活性氧物种能够与有机物质发生氧化反应，从而实现水和空气的净化、废水处理和有机物的降解等环境应用。

纳米粒子ZnO还可以应用于光电子学领域。

由于纳米粒子ZnO具有优异的光电性能，可以将其用于光电探测器、光电传感器和光电二极管等光电子器件的制备。

这些器件可以将光信号转化为电信号，实现光信号的检测和传输。

纳米粒子ZnO还在光化学方面具有重要的应用价值。

纳米粒子ZnO 可以作为催化剂参与到光化学反应中，促进反应的进行。

例如，纳米粒子ZnO可用于光解水反应，将光能转化为化学能，并产生氢气和氧气。

这种反应有望实现可持续能源的制备和利用。

纳米粒子ZnO作为一种具有光响应性质的材料，在光催化、光电子学和光化学等领域有着广泛的应用前景。

通过光的激发，纳米粒子ZnO可以实现各种有益的化学反应和能量转化。

相信随着科学技术的不断发展，纳米粒子ZnO的应用会更加广泛，为人类带来更多的福祉。

（下转第27页）高性能氧化锌纳米线阵列的研究及应用张聪1，温强2（1.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州130000；2.苏州世华新材料科技股份有限公司，江苏苏州130000）摘要：ZnO 纳米线阵列结构表现出比块体材料更好的发光性能、导电性能和光电性能等，从2001年后受到研究人员的广泛关注，不同的产品形貌会带来不同的产品性能，为了追求产品形貌多样化和产品性能上的提高，研究人员做了多方面工作，文章就ZnO 纳米线阵列的形貌调整方法以及掺杂与改性及其应用，简要概述了近几年ZnO 纳米线阵列的技术发展。

关键词：氧化锌；纳米线阵列；形貌；掺杂作者简介：张聪（1987-），女，吉林人，研究方向：金属化合物的制备。

Metallurgy and materialsZnO 纳米线阵列结构是2001年由Huang 课题组首次合成，发展至今十余年，研究人员们开发研究了如水热合成法、化学气相沉积法、模板限制辅助生长法、金属有机气相外延生长法等多种合成方法。

氧化锌的形貌和元素的掺杂会对产品的性能产生影响，进一步影响其应用，因此也是研究人员重点研究的方向。

1形貌调整氧化锌纳米线阵列中的氧化锌多为棒状形貌，但为了追求更大的氧化锌比表面，很多研究者也试图对氧化锌的形貌进行调整，如金字塔形、树枝形等。

天津大学靳正国等在水溶液中二次生长工艺制备得到了优取向垂直基片生长的ZnO 棒状晶阵列薄膜表面绒毛状棒晶（CN1995481A ）。

天津大学杜希文等在氧化锌纳米线的基础（CN101456579A ），利用纯化学刻蚀工艺合成ZnO 纳米管阵列，不需要电化学辅助及模板，具体的腐蚀步骤是将生长有ZnO 纳米线的基底转入装有碱的密闭水热反应器中。

浙江大学朱丽萍等以氟化钠、氟化钾或氟化铵为化学结合剂，与锌盐直接结合，在衬底上直接成核，无需晶种，制备了菱形氧化锌纳米线阵列（CN103288122A ）。

东南大学余新泉等人在水浴加热条件下将导电玻璃涂有晶种的面朝下悬空倒扣与氧化锌阵列的生长液上，制备得到了氧化锌纳米锥阵列（CN103523818A ）。

江西科技师范大学学报Journal of Jiangxi Science &Technology Normal University摘要:通过低温沉淀结合热分解法和水热法制备出一系列不同形貌结构的ZnO 晶体,并对其物相组成、光学性质、微观形貌以及光催化性能进行表征。

结果表明∶80℃温度下保温3h~9h ,并经过热处理之后获得的ZnO 光催化剂,在紫外光照射120min 后甲基橙降解率为92.3%~94.4%,在紫外光照射60min 后亚甲基蓝降解率为90.6%~91.4%。

本文还初步探讨了ZnO 晶体生长行为和光催化机理。

关键词:ZnO ;形貌;生长机理;光催化性能中图分类号:TQ132.4文献标识码:A文章编号:1007-3558(2019)06-0026-05Research on Morphology Characteristics and PhotocatalyticActivity of nano-ZnOXu Weihang 1,2,Hu Liling 1,2,Zhang Ruibo 1,2,Su Kaiyu 1,2,Li Wenkui 1,2,*,Ai Jianping 1,2,*(1.School of Materials and Mechatronics Jiangxi Science &Technology Normal University,Nanchang 330038,Jiangxi,China;2.Jiangxi Key Laboratory of Surface Engineering,Nanchang 330038,Jiangxi,China )Abstract:A series of ZnO crystals with different morphologies were synthesized by combining precipitation withcalcinations method and hydrothermal method.The as-prepared samples were well-characterized by XRD,SEM,FT-IR and UV-Vis.The photocatalytic performance of photocatalyst ZnO was studied using an ultraviolet lamp as illumination deviceand methyl orange (MO ),methylene blue (MB )as stimulant pollutants.The degradation efficiency of MO solution was 92.3%~94.4%in 120min corresponding to ZnO crystals which was prepared in 80℃for 3h~9h,and the degradationefficiency of MB solution was 90.6%~91.4%in 60min.Finally,ZnO crystal growth behavior and a possible photocatalytic mechanism were proposed.Key words:ZnO;morphology;growth mechanism;photocatalytic activity纳米ZnO 的形貌特征及其光催化性能胥伟航1,2,胡丽玲1,2,张锐博1,2,苏开禹1,2,李文魁1,2,*,艾建平1,2,*(1.江西科技师范大学材料与机电学院,江西南昌330038;2.江西省材料表面工程重点实验室,江西南昌330038)收稿日期:2019-09-10修回日期:2019-11-04接受日期:2019-11-05基金项目:2019年江西省教育厅科学技术研究项目“Bi 2WO 6/石墨烯/ZnFe 2O 4磁性可见光催化剂的制备及其环境净化性能研究”、江西科技师范大学青年拔尖人才项目(2018QNBJRC005)、2019年“大学生创新训练计划项目”(201911318002和20191304093)。

第一章引言自上个世纪初以来，随着科学技术的飞速发展，人类对自然界的认识无论是从宏观还是微观都取得了前所未有的突破，人类认识世界、改造世界的能力不断增强。

进入二十一世纪以来，科学技术的发展主要围绕着四太领域：信息科学、生命科学、环境科学和纳米技术。

其中，纳米技术已经成为贯穿物理学、化学、材料学、医学、微电子学等多门学科的综合性科学，而纳米材料所表现出来的独特而优越的性能吸引了越来越多科学家的兴趣。

由于氧化锌的独特性能以及纳米材料的优异特性，使得近年来纳米结构氧化锌的研究呈现出逐年增加的趋势，人们采用各种各样的方法制备出各种不同形态的纳米氧化锌材料，以得到更优越的性能。

§１．１氧化锌材料的基本性质氧化锌（ｚｎＯ），俗称锌白，白色或浅黄色晶体或粉末，无毒、无臭，是两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶于强酸和强碱，在空气中能吸收二氧化碳和水。

如图１．１所示，氧化锌的结构为六方晶体（纤锌矿结构），其密度为５．６０６∥ｃｍ３，晶格常数ａ＝３．２４９５眦，ｃ＝５．２０６９ｍ，在晶体的结构中每个Ｚｎ（锌）原子与四个Ｏ（氧）原子按四面体排布。

其熔点是１７９５℃，其线性膨胀系数：ａ轴方向６，５×１０。

６／℃，ｃ轴方向３．Ｏ×ｌＯ‘６／℃，其性能见表１。

图１一ｌ氧化锌六方晶体结构示意图ｚｎＯ具有压电和光电特性，是一种直接带隙的宽禁带ｎ型半导体材料。

ｚｎＯ室温下的禁带宽度为３．４ｅｖ，激子束缚能高达６０ｍｅｖ，比室温热离化能２６ｍｅＶ大很多，激子（在价带自由运动的空穴和在导带自由运动的电子，重新束缚在一起，形成束缚的电子一空穴对）不会被电离。

由于具有大的束缚能的激子更易在室温实现高效率的激光发射，所以图１—２用气相输运的方法生长得ｚｎｏ纳米线的高分辨扫描电镜照片２００２年，美国ｗａｋｅＦｏｒｅｓｔ大学的ＴｎｚｅＩｎｅｎ等用反应溅射的方法制备出Ｐ型Ｚｎｏｌ“】。

２００３美国加州大学伯克利分校的ＨＰＹ姐㈣等利用化学气相输运的方法在没有催化剂的情况下制备出四脚状和梳状结构的ｚｎＯ纳米结构。

氧化锌纳米棒
氧化锌纳米棒，又叫纳米锌合金棒，是指以氧化锌（ZnO）为主要成分，通过气体相
沉积、热处理等技术制备出来的类似钢笔细细的铝合金棒材，粒径几十纳米以下。

它具有
良好的形貌，弹性较好，具有高的刚性和抗氧化性。

氧化锌纳米棒在微纳米领域应用十分广泛。

首先，氧化锌结构具有很强的稳定性和绝
缘特性，纳米棒的尺寸几十纳米以下，可以用来制备多种微型电子器件作为良好的引线，
方便组装，可以有效提高电子设备的功能，实现高紊乱性。

第二，由于氧化锌具有低热膨
胀系数和高强度，使得它成为一种非常有前景的高温功率转换材料。

此外，由于氧化锌具
有很高的表面粗糙度，可以用于制备小尺寸的微型柔性电子元件，有效提高纳米压电器件
的功能性。

同时，氧化锌纳米棒还可用于生物医学技术领域。

由于氧化锌结构具有良好的生物相
容性和抗菌能力，可以用于制备临床诊断设备，为检测和治疗病毒和病毒感染提供新的方法。

此外，氧化锌结构还可以用于造血促进剂、药物材料等，对改变细胞命运起着重要作用。

总的来说，氧化锌纳米棒是一种受到普遍赞誉的先进材料，因其优良的电气特性，强度，绝缘性，阻燃性，高表面粗糙度和微米机械特性，被广泛用于电子，医学，生物等领域。

另外，它还可以有效阻止金属表面的氧化老化，防止金属的腐蚀，因此也被用于传热，空气净化等领域。

ZnO光催化剂的活性研究ZnO光催化剂是一种广泛应用于环境净化、水处理和有机废物降解等领域的重要催化剂。

其优点包括低毒性、高效能、成本低等。

近年来，随着人们对环境污染问题的重视，对ZnO光催化剂的活性研究也越来越多。

研究表明，ZnO光催化剂的活性主要取决于其晶体结构、表面形貌、光吸收能力和载流子的分离效率。

首先，ZnO的晶体结构对其活性具有重要影响。

ZnO具有多种晶体结构，其中最常见的是六方晶体结构。

研究发现，六方晶体结构的ZnO比其他结构更具催化活性。

这是因为六方结构的ZnO具有更高的比表面积和更好的晶格缺陷，从而有利于光催化反应的进行。

其次，ZnO的表面形貌也对其活性起到重要作用。

研究发现，不同形貌的ZnO材料在光催化反应中表现出不同的活性。

例如，球形纳米颗粒状的ZnO表现出较好的光催化活性，这是因为球形颗粒具有较大的比表面积，从而增加了光催化反应的活性位点数量。

光吸收能力是另一个影响ZnO光催化剂活性的重要因素。

ZnO具有宽带隙能带结构，能够吸收紫外光。

因此，提高ZnO的光吸收能力有助于提高其光催化活性。

研究发现，通过控制ZnO的材料合成方式，例如改变ZnO的粒径或引入杂质，可以调控其光吸收能力，从而提高光催化活性。

最后，载流子的分离效率对ZnO光催化剂的活性也具有重要影响。

在光催化过程中，光生载流子需要尽量快速地被分离，以免复合而影响光催化活性。

研究发现，通过调控ZnO的晶格缺陷或引入共催化剂，可以有效提高载流子的分离效率，从而提高ZnO的光催化活性。

综上所述，ZnO光催化剂的活性研究主要涉及其晶体结构、表面形貌、光吸收能力和载流子的分离效率等方面。

通过调控这些因素，可以有效提高ZnO的光催化活性，从而为环境净化和废物降解等领域提供更可靠的解决方案。

ZnO光催化剂的活性研究是一个多方面的综合课题，涉及到材料科学、物理化学、光电子学等多个学科的知识与技术。

在此基础上，研究者采取不同的方法来改进ZnO光催化剂的活性。