金属氧化物半导体纳米结构的调控与性能表征

发布时间：2018-04-25 16:10

本文选题：氧化物半导体 + 纳米结构　；参考：《西安工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：金属氧化物半导体纳米材料具有独特的物理化学性质,且形貌、结构、成分、晶体生长方向可控性强,因此在催化、气体传感器、太阳能电池等众多领域得到了广泛的应用。所以,设计出制备工艺简单、成本低廉、环境友好型,且有高性能的环境催化材料和气敏材料成为了研究的热点。本论文主要以金属氧化物半导体材料的微观结构和组分调控为出发点,分别研究了单组分的二氧化钛、氧化铁、氧化锌和双组分的氧化锌/氧化锡异质结纳米材料的制备工艺;并探索了上述纳米材料对有机污染物罗丹明B的光催化降解性能和对乙醇的气体敏感特性;分析了光催化降解和气敏特性的机理。本文的研究结果如下:(1)选择葡萄糖为碳源,采用水热法制备出纳米碳球模板。在180℃,9 h水热反应条件下,随着葡萄糖浓度增加,制备碳球的尺寸逐渐增大。当浓度为0.5 mol/L时,可以得到直径约为394 nm的单分散、表面光滑的碳球,可以作为模板使用。将水热反应时间延长至12 h,碳球团聚较为严重。结果表明水热反应的时间和葡萄糖浓度,可以调控碳球的粒径和分散性。(2)以纳米碳球为模板,钛酸丁酯为钛源,制备出高光催化性能的纳米TiO2空心球。研究发现,改变钛酸丁酯的添加量可以得到不同壳层厚度的TiO2空心球。钛酸丁酯量为1.0 m L时,得到壳层厚度为25 nm的TiO2空心球,其光催化降解速率常数为0.1539 min-1;钛酸丁酯为2.0 m L时,壳层厚度增加到35 nm,光催化降解速率常数减小为0.0861 min-1。表明TiO2空心球壳层厚度的增加会导致光催化性能的降低。(3)使用湿化学方法(模板法和水热法)实现了对α-Fe2O3纳米结构的控制,研究了其形貌对α-Fe2O3气敏性能的影响。利用模板法得到直径约为300 nm的α-Fe2O3空心球,在300℃下对100 ppm乙醇气体的灵敏度为14.8,响应与恢复时间为6 s/21 s;采用水热法制备出α-Fe2O3纺锤体和颗粒,对乙醇的灵敏度分别为6.1和4.2,响应与恢复时间分别为13 s/25 s和25 s/32 s;与α-Fe2O3纺锤体和颗粒相比,空心结构的纳米α-Fe2O3具有更高的气敏性能。(4)采用模板法实现了对ZnO纳米结构形貌的调控,制备出ZnO纳米空心球和纳米棒。和纳米棒相比,ZnO空心球壳有更加优异的光催化降解能力。醋酸锌为0.057 mol/L时,产物主要是粒径为30 nm的颗粒,在50 min时,光催化降解效率为92.51%;醋酸锌为0.171 mol/L时,得到直径为180 nm的ZnO空心球,在50 min时光催化降解效率为99.43%,降解速率常数为0.097 min-1,醋酸锌的浓度增加到0.285 mol/L时,得到ZnO产物为空心球壳和纳米棒的混合物,在50 min时光催化降解效率为91.72%。结果表明改变醋酸锌的量可以对产物的形貌进行调控,其中空心结构的纳米ZnO具有更高的光催化性能。(5)采用模板法制备出具有优异光催化性能和气敏性能的ZnO-SnO2纳米异质结。当碳球为0.2 g,醋酸锌和四氯化锡浓度为0.057 mol/L、0.036 mol/L时,得到直径为180 nm的ZnO-SnO2空心球,单分散性好,组成球壳的颗粒尺寸小,约为7 nm,在300℃下对100 ppm乙醇的灵敏度为42.2,响应与恢复时间为6 s/11 s。和ZnO材料相比,ZnO-SnO2纳米异质结对罗丹明B的光催化降解速率常数达到了0.125 min-1,因此,还表现出了较高的光催化活性。
[Abstract]:Metal oxide semiconductor nano - materials have unique physical and chemical properties , and have been widely used in many fields such as catalysis , gas sensor , solar cell , etc . The results are as follows : ( 1 ) The preparation process is simple , cost is low , environment - friendly , and high - performance environment - catalytic materials and gas - sensitive materials are used as templates . ( 3 ) The control of 伪 - Fe2O3 nano - structure was realized by using wet chemical method ( template method and hydrothermal method ) . ( 5 ) ZnO - SnO2 heterojunction with excellent photocatalytic performance and gas sensitivity was prepared by template method . When carbon sphere was 0.2 g , zinc acetate and tin tetrachloride were 0.057 mol / L and 0.036 mol / L , ZnO - SnO2 hollow spheres with a diameter of 180 nm were obtained .

【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN304.21;TB383.1

【参考文献】