异质复合结构纳米纤维SnO2/ZnO的制备及其气敏特性研究

采用静电纺丝法制备了多级中空结构的SnO₂纳米纤维, 然后将SnO₂纳米纤维置于90℃乙酸锌溶液中, 恒温水浴条件下, 在SnO₂纳米纤维上生长了ZnO纳米球, 形成了异质结构的SnO₂/ZnO复合纳米纤维。分别通过XRD、SEM、EDX和XPS等表征手段对异质复合纳米纤维SnO₂/ZnO材料的结构、形貌及元素含量进行了表征分析。异质结构的SnO₂/ZnO复合纳米纤维保持了SnO₂纳米纤维多级中空的纤维结构, SnO₂纳米纤维长度约为300 nm, 依附于SnO₂纤维表面的SnO₂纳米颗粒生长的ZnO纳米球直径为250~300 nm。采用静态气体测试系统对异质复合纳米纤维SnO₂/ZnO气敏元件的气敏性能进行了测试。测试结果表明: 异质复合纳米纤维SnO₂/ZnO气敏元件在最佳工作温度350℃下, 对(0.5~100)×10^-6丙酮具有优异的响应灵敏度、较好的选择性和长期稳定性。异质复合纳米纤维SnO₂/ZnO中存在于ZnO纳米球与SnO₂纳米颗粒间的N-N同型异质结导致复合材料晶界势垒高度的降低, 改善了电子与空穴的输运特性, 促使SnO₂/ZnO异质复合纳米纤维的吸附能力大大增强, 从而改善了SnO₂/ZnO元件的丙酮敏感特性。     

形貌可控氧化铌纳米棒阵列薄膜的合成研究

以铌金属为原料, 在NH₄F和H₂O₂的体系中, 通过水热方法制备形貌可控的氧化铌纳米棒阵列薄膜. 采用XRD、SEM、TEM等对不同工艺条件下获得的产物微观形貌和组成进行了表征, 考察了水热时间、水热温度和NH₄F浓度对最终产物及形貌的影响. 研究表明: 氧化铌在NH₄F和H₂O₂共存下表现出各向异性生长特性. NH₄F用量对最终产物及形貌起重要作用, 随着 NH4F浓度的增加, Nb₂O₅薄膜形貌由多面体状颗粒, 向近圆形纳米棒阵列和无规则的纳米颗粒团聚体演变. 当NH₄F的浓度为0.5g, 水热反应温度为150℃反应10h, 氧化铌在铌金属表面定向生长为六边形的纳米棒阵列. 本文还提出了氧化铌纳米棒阵列薄膜的形成机理.     

氧化锌纳米棒形貌对ZnO/Cu2O异质结太阳能电池光伏性能的影响

采用电化学沉积法制备了ZnO纳米棒,首先讨论了电化学沉积参数对氧化锌(ZnO)纳米棒形貌的影响,并对不同长度ZnO纳米棒的光吸收和反射等性质进行了研究.实验发现沉积时间是影响纳米棒长度、直径的重要因素,ZnO纳米棒的微观形貌对其光学性质有重要影响.然后以氧化锌纳米棒为n型材料,以氧化亚铜为p型材料,通过电化学沉积法构筑了ZnO/Cu2O异质结太阳能电池,并测试了其光伏性能,研究表明增长纳米棒阵列的长度使得开路电压、短路电流密度及光电转换效率等性能得到提升.最后,综合分析了氧化锌纳米棒形貌与所组装电池的性能之间的关系,发现调控氧化锌纳米棒的形貌是提高ZnO/Cu2O异质结太阳能电池光伏性能的有效途径.     

异质结型BaTiO3/TiO2复合纳米纤维的制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为模板和反应物, 采用水热法原位合成了具有异质结构的BaTiO₃/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM) 和高分辨透射电镜(HRTEM)等分析测试手段对样品的结构和形貌进行表征。结果表明: BaTiO₃纳米微粒均匀地生长在TiO₂纳米纤维表面, 制备了异质结型BaTiO₃/TiO₂复合纳米纤维。材料的光催化性能利用罗丹明B和苯酚的脱色降解反应测试。BaTiO₃/TiO₂复合纳米纤维材料, 在紫外光照射下, 光催化降解活性较纯锐钛矿TiO₂纳米纤维有明显提高, 罗丹明B和苯酚在该复合纳米纤维材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学。且易于分离、回收和再利用, 循环使用5次, 罗丹明B的脱色率仍保持在96%以上。     

无催化β-Ga2O3纳米棒的可控制备

由于氧化镓(Ga₂O₃)纳米棒具有独特的物理和化学性质,在纳米光电子器件等领域具有广泛的应用前景,因此氧化镓纳米棒的可控制备具有十分重要的意义。本文采用化学气相沉积(CVD)的方法,在无催化条件下,在硅Si(100)衬底上成功生长出β-Ga₂O₃纳米棒。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜等表征,发现氧化镓纳米棒按照气-固(V-S)机制生长,当生长温度从850℃升高到950℃时,纳米棒的密度、直径和长度增加,纳米棒的形貌从杂乱无序的随机生长转变为沿衬底垂直且具有不同夹角方向生长。结果表明,反应温度和氧气浓度决定了氧化镓纳米棒的形貌和尺寸,通过控制温度和氧气浓度能够有效调控氧化镓纳米棒的形貌和光学性能。     

ZnO纳米棒/ZnCo2O4纳米片异质结的制备及其光电探测性能

ZnO纳米材料异质结是构筑高性能紫外光电探测器的有力候选之一。本工作中, 设计并制备了一种新型ZnO纳米棒/ZnCo₂O₄纳米片异质结, 研究了其电学性能及光电探测性能。使用油水界面自组装, 将ZnCo₂O₄纳米片在ITO玻璃上组装为均匀的薄膜; 通过调控ZnO种子层厚度, 在ZnCo₂O₄纳米片薄膜上水热生长了取向一致、密度适中的ZnO纳米棒阵列, 获得了高质量的ZnO纳米棒/ZnCo₂O₄纳米片异质结。该异质结具有优良的整流特性, 整流比达到673.7; 其工作在反偏状态时, 光暗电流比超过2个量级, 紫外-可见判别比为29.4, 在光电探测中有良好的波长选择特性。研究表明, 该异质结有潜力应用于构筑高性能紫外光电探测器。     

溶剂热法制备Ag掺杂ZnO纳米棒结构及催化性能的研究

为了提高ZnO的光降解效率,选择贵金属Ag为掺杂材料,通过溶剂热法制备了不同Ag掺杂量(0,1%,2%,3%和4%(摩尔分数))的ZnO纳米棒。通过XRD、SEM、FT-IR和PL等手段对ZnO的晶格结构、微观形貌、光谱性能和催化性能等进行了表征,并研究了Ag掺杂的ZnO纳米棒在500 W氙灯照射下对罗丹明B不同时间段的降解效率。结果表明,Ag掺杂后的ZnO的晶体结构未发生改变,但晶胞体积出现增大、晶格畸变变小;掺入Ag后ZnO逐渐从颗粒球状转变成棒状结构,并且随着Ag掺杂比例的增加,变化趋势更加明显;部分Ag⁺取代了Zn²⁺,导致掺杂Ag的ZnO金属氧键的振动峰出现降低;随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒的PL强度出现先降低后升高的趋势,3%(摩尔分数)Ag掺杂的ZnO的PL强度最低;Ag的掺杂抑制了电子-空穴的复合,增强了光降解效率,3%(摩尔分数)Ag掺杂的ZnO纳米棒在120 min照射下对罗丹明B的降解效率达到最大值为70.22%。     

ZnO/In2O3纳米异质结的合成及其光催化性能的研究

通过热水解法成功制备出了形貌均一的ZnO/In₂O₃异质结光催化材料, 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌及结构进行表征。结果表明: ZnO/In₂O₃异质结是由直径约200~300 nm、厚度约40~60 nm的六边形纳米片镶嵌着In₂O₃纳米小颗粒组成。对比纯ZnO、纯In₂O₃和该光催化材料对罗丹明B(RhB)的可见光降解效率, 发现ZnO/In₂O₃异质结光催化材料对RhB具有较高的光催化效率, 其原因是窄带系半导体In₂O₃能够有效地吸收可见光, 当ZnO与In₂O₃ 形成异质结时, In₂O₃能带上被可见光激发的电子会迁移到ZnO的导带上, 而光激发的空穴仍保留在In₂O₃价带, 这样有助于光生电子和空穴的分离, 降低其复合几率, 从而有效地提高了ZnO的光催化效率。     

ZnO纳米棒水热法制备及其发光性能

采用水热法在玻璃基底上成功制备出了ZnO纳米棒.用x射线衍射仪(xRD)和扫描电子显微镜(SEM)对ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,初步探讨了ZnO纳米棒的生长机理;同时对ZnO纳米棒的光致发光性能进行测量,分析了水热温度和反应时间对ZnO纳米棒光致发光性能的影响.结果表明:ZnO纳米棒呈现六方纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优生长特征;随着水热反应温度的升高,ZnO纳米棒的发光强度逐渐增强;随着反应时间的延长,ZnO纳米棒发光强度在1～3 h内增强,而在3～10 h反而减弱.     

Bi2O3修饰的BiPO4纳米棒复合催化剂可见光光催化性能的研究

以Bi₂S₃纳米棒为模板合成了形貌可控的BiPO₄ 纳米棒复合光催化剂。在可见光辐射下, 该复合催化剂表现出优异的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性能。UV-Vis漫反射谱结果表明: 催化剂经过Bi₂O₃修饰后对可见光有很好吸收; X射线衍射仪和透射电镜等表征结果表明, 所制备的BiPO₄ 纳米催化剂为直径约30 nm、长约200~500 nm的纳米棒。表面修饰少量Bi₂O₃可明显促进光催化剂对亚甲基蓝(MB)的可见光降解效率, 其活性是未修饰催化剂的1.7倍。光电流和N₂吸附实验也表明表面修饰后的催化剂光电流和BET比表面积都明显增加。这可能是由于表面修饰的Bi₂O₃不仅显著提高了BiPO₄ 纳米棒复合催化剂的可见光吸收, 而且在BiPO₄表面起到了富集电子和传输电子的作用。结果表明表面修饰Bi₂O₃的BiPO₄ 纳米棒是一种高活性的光催化材料。     

Spray synthesis of rapid recovery ZnO/polyaniline film ammonia sensor at room temperature

As an excellent room temperature sensing material, polyaniline (PANI) needs to be further investigated in the field of high sensitivity and sustainable gas sensors due to its long recovery time and difficulty to complete recovery. The ZnO/PANI film with p‒n heterogeneous energy levels have successfully prepared by spraying ZnO nanorod synthesized by hydrothermal method on the PANI film rapidly synthesized at the gas‒liquid interface. The presence of p‒n heterogeneous energy levels enables the ZnO/PANI film to detect 0.1‒100 ppm (1 ppm = 10⁻⁶) NH₃ at room temperature with the response value to 100 ppm NH₃ doubled (12.96) and the recovery time shortened to 1/5 (31.2 s). The ability of high response and fast recovery makes the ZnO/PANI film to be able to detect NH₃ at room temperature continuously. It provides a new idea for PANI to prepare sustainable room temperature sensor and promotes the development of room temperature sensor in public safety.     

电沉积ZnO纳米柱的光学带隙与非辐射复合EI北大核心CSCD

为实现ZnO纳米柱阵列材料在新型纳米结构化太阳能电池中的应用,需要对纳米柱的几何形貌与光电特性进行调控。ZnO纳米柱阵列材料的制备方法为电化学沉积方法。通过在生长溶液中使用In(NO_(3))_(3)和NH_(4)NO_(3),实现了对纳米柱的直径、阵列密度、柱间距、光学带隙、近带边发射、斯托克斯位移等物理性质的调控。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、分光光度计、光致发光测试仪对样品的形貌、晶体性质、透射反射性质、光致发光性质进行测试与表征。结果表明,使用NH_(4)NO_(3)将紧密排列的ZnO纳米柱阵列密度降低了51%,导致柱间距增大至超过100 nm,同时可将纳米柱的直径降低至22 nm。使用In(NO_(3))_(3)使ZnO纳米柱的光学带隙展宽100 meV。通过NH_(4)NO_(3)的使用可在3.41 eV至3.55 eV范围内调控带隙。由于NH_(4)NO_(3)的引入,ZnO纳米柱的斯托克斯位移可降低至19 meV,表明NH_(4)NO_(3)的引入能够有效地抑制纳米柱阵列中的非辐射复合。     

多孔棒状FeVO4的制备及可见光催化性能研究

以Fe(NO₃)₃和NH₄VO₃为无机源, 氨水为pH调节剂, 采用水热法制备了多种形貌纯三斜相的多孔FeVO₄。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等技术表征了样品的物理性质。结果表明, 水热温度和反应液的pH对晶相结构和粒子形貌有较大的影响: 当水热温度为180℃, 反应液的pH为4.0或7.0时, 可制得多孔三斜相FeVO₄纳米棒; 当水热温度为120℃, 反应液的pH为4.0 时制得的三斜相FeVO₄为片状结构; 而当水热温度为180℃, 反应液的pH升至10.0或水热温度变为240℃, 反应液的pH保持4.0不变时均制得含有少量FeVO₄的Fe₂O₃。在可见光照射光催化降解甲基橙的反应中, 具有最高比表面积(10.4 m²/g)的多孔棒状FeVO₄光催化活性最高, 这是因为它具有最高的结晶度、比表面积和表面氧空位密度、多孔结构和最低的带隙能。     

N-Type Field-Effect Transistors Using Multiple Mg-Doped ZnO Nanorods

Nanorod field-effect transistors (FETs) that use multiple Mg-doped ZnO nanorods and a SiO₂ gate insulator were fabricated and characterized. The use of multiple nanorods provides higher on-currents without significant degradation in threshold voltage shift and subthreshold slopes. It has been observed that the on-currents of the multiple ZnO nanorod FETs increase approximately linearly with the number of nanorods, with on-currents of ~1 muA per nanorod and little change in off-current (~4times10^-12). The subthreshold slopes and on-off ratios typically improve as the number of nanorods within the device channel is increased, reflecting good uniformity of properties from nanorod to nanorod. It is expected that Mg dopants contribute to high n-type semiconductor characteristics during ZnO nanorod growth. For comparison, nonintentionally doped ZnO nanorod FETs are fabricated, and show low conductivity to compare with Mg-doped ZnO nanorods. In addition, temperature-dependent current-voltage characteristics of single ZnO nanorod FETs indicate that the activation energy of the drain current is very low (0.05-0.16 eV) at gate voltages both above and below threshold     

电沉积氧化锌纳米柱的带隙和近带边发射蓝移

用电化学沉积方法制备了ZnO纳米柱阵列。在Zn(NO₃)₂基础电解液中加入新电解质并引入NH₄NO₃ 和Ga(NO₃)₃,实现了对ZnO纳米柱阵列的带隙、近带边发射、斯托克斯位移、直径、密度等物理性质的设计和裁剪。可在63~77 nm操控纳米柱的直径。增加电解液中的Ga(NO₃)₃浓度,阵列的密度可降低到7.0×10⁹ /cm²。新加入电解液中的盐类使ZnO纳米柱的带隙蓝移~50 meV并使光致发光图谱中的近带边发射蓝移53~73 meV以及斯托克斯位移蓝移23 meV,表明可对其非辐射复合进行抑制设计和裁剪。     

Solution-processed ZnO-chemically converted graphene gas sensor

We report a solution-processed gas sensor based on vertically aligned ZnO nanorods (NRs) on a chemically converted graphene (CCG) film. The prepared sensor device effectively detected 2 ppm of H₂S in oxygen at room temperature. A high sensitivity of the gas sensor resulted from the growth of highly dense vertical ZnO NRs on the CCG film with numerous tiny white dots on its surface, which may provide a sufficient number of sites for the nucleation and growth of the ZnO NRs. The adsorption of oxygen on the surface of the ZnO NRs was found to be crucial for obtaining an excellent gas sensing performance of the ZnO NRs-CCG sensor.     

纳米微球NH2—Fe3O4@聚乙二醇@ZnO的制备及其光催化性能

首先合成氨基功能化Fe₃O₄(NH₂—Fe₃O₄),并以NH₂—Fe₃O₄为磁核,六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)为锌源,在表面活性剂聚乙二醇(PEG,PEG-400)辅助下通过水热法制备PEG修饰的ZnO(NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO)磁性复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS、紫外-可见-近红外分光光度计、比表面吸附仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等对NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料组成、形貌、磁性能等进行表征。并进一步以罗丹明B(RhB)染料为模拟污染物,对NH₂?Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料的光催化降解性能进行研究,采用单因素法探究Fe与Zn的原子比(n(Fe)∶n(Zn))、合成温度、表面活性剂种类及用量对NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料光催化降解性能的影响。结果表明,n(Fe)∶n(Zn)=1∶15、水热合成温度为180℃制备的NH₂—Fe₃O₄@ZnO复合材料具有良好的光降解性能,0.0500 g NH₂—Fe₃O₄@ZnO复合材料在紫外光照射20 min内对50 mL RhB(1.0×10?5 mol·L?1)溶液降解率为90.36%。而相同条件制备的NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料呈微球状,比表面积为11.43 m2·g?1,禁带宽度为2.51 eV,对RhB的光催化降解率可提高至99.36%,循环使用10次后,其对RhB的光催化降解率仍可达96.48%,PEG-400对NH₂—Fe₃O₄@ZnO复合材料的光催化活性具有较大的协同效应。      

Preparation of nanostructured ZnO nanorods in a hydrothermal-electrochemical process

An array of ZnO nanorods, each nanorod being covered with a shell of porous ZnO was prepared in two steps by hydrothermal-electrochemical processes. The growth of ZnO nanorods was achieved in a zinc nitrate and hexamethylenetetramine aqueous solution on fluorine-doped tin oxide film. The porous ZnO shell was grown from a similar solution in the presence of eosin Y as nanostructuring agent. A dye-sensitized solar cell was assembled using as photoanode an eosin Y sensitized ZnO nanorod/shell layer.