氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備及光學(xué)、磁學(xué)、光催化性質(zhì)研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種重要的直接帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度3.37eV,激子束縛能60meV。由于其寬的帶隙、高的激子束縛能、優(yōu)良的壓電性質(zhì)、大的比表面積和作為半導(dǎo)體的特點，納米氧化鋅在紫外激光器件、光電探測器、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究表明，氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的性質(zhì)隨相應(yīng)的制備方法、實驗條件表現(xiàn)出很大的差異性。本文重點關(guān)注氧化鋅納米結(jié)構(gòu)光致發(fā)光、光催化和磁學(xué)性質(zhì)的探討，并通過相應(yīng)的實驗手段分析了其微觀機理，取

2、得了如下重要的實驗結(jié)果。
　　 1、在ZnO納米晶中引入缺陷發(fā)光中心是制備強的可見光發(fā)光ZnO納米材料的關(guān)鍵?？紤]到Mg2+和Zn2+離子半徑比較接近和ZnO兩性化合物的特點，我們采用共沉淀法在低溫條件下制備了Mg摻雜ZnO納米晶并系統(tǒng)地研究了Mg摻雜對ZnO納米晶結(jié)構(gòu)、形貌和光致發(fā)光性質(zhì)的影響。實驗發(fā)現(xiàn)Mg摻雜增強了ZnO納米晶的綠光發(fā)光，當(dāng)Mg摻雜濃度為20％時，納米晶的量子產(chǎn)率達到了22.8％。EPR、XRD、Uv-Vis

3、等實驗數(shù)據(jù)表明Mg摻雜在ZnO納米晶中引入了鋅空位(Vzn)和鎂填隙(IMg)缺陷，理論分析表明，ZnO納米晶強的可見光發(fā)光來自電子在對應(yīng)缺陷能級和ZnO價帶間的躍遷。
　　 2、ZnO納米顆粒的磁學(xué)性質(zhì)隨制備條件表現(xiàn)出很大的差異性。為探究缺陷對ZnO納米顆粒磁學(xué)性質(zhì)的影響，我們采用共沉淀法制備了純的和不同摻雜比例的Mg、Co摻雜ZnO納米顆粒，對其做了不同條件的退火處理，探究了摻雜比例、退火條件對其磁學(xué)性質(zhì)的影響。實驗發(fā)現(xiàn)純的

4、、Mg摻雜的ZnO納米顆粒表現(xiàn)出弱的鐵磁性，而Co摻雜和Mg、Co共摻雜的ZnO納米顆粒卻表現(xiàn)出順磁性，氮氣條件退火后的Mg摻雜ZnO納米顆粒表現(xiàn)出較強的鐵磁性。理論分析表明，ZnO納米顆粒的鐵磁性與氧缺陷有關(guān)，C02+離子3d電子的非鐵磁性交換相互作用強于該實驗體系下鋅空位、氧空位等缺陷鐵磁性交換作用。
　　 3、大的比表面積、少的表面基團是提高ZnO光催化活性的要點，為此我們探索采用簡易的煅燒法制備了ZnO納米顆粒并探究了煅