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《山东大学》 2005年
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氧化物半导体纳米材料的制备及光学性能研究

魏慧英  
【摘要】:纳米半导体材料在光伏电池、光电传感器、光谱发射和光催化等方面有着重要的潜在应用价值,因此近几年来得到了广泛的研究。TiO_2纳米粒子不仅具有很高的光催化活性,而且具有耐酸碱和光化学腐蚀、成本低、无毒的特点,是目前最有应用潜力的一种光催化剂。锐钛型TiO_2的带隙能Eg=3.2eV,只有小于360nm的紫外光才能激发,因此我们研究的重点是提高纳米TiO_2对可见光的利用率并增加其比表面积。 ZnO纳米晶属宽能隙直接带材料,室温下禁带宽度为3.37ev,其光谱包括一个宽而强的蓝一绿光发射带,一个弱而窄的紫外发射带。为得到强的蓝紫光发射材料,我们研究了金属离子和非金属掺杂的ZnO纳米晶,ZnO纳米棒,以及有机无机复合材料。主要研究内容包括以下几个方面: 1.利用化学共沉淀法制备了La~(3+)离子掺杂的TiO_2纳米晶,然后在NH_3气氛中煅烧得到La和N共掺杂的样品。其粒晶为5-15nm,比表面为65-125m~2/g。微结构表征和光谱研究表明,非金属元素N可取代少量O原子,通过N2p和Ti3d轨道的相互作用,在半导体中产生新的掺杂能级,N掺杂降低了TiO_2纳米晶的带隙能,0.5%La~(3+)离子掺杂增大了样品的比表面积,La~(3+)和N共掺杂的TiO_2在可见光(350λ450nm)作用下表现出极强的催化活性,可将20mg/l的甲基橙水溶液在一小时内完全降解。 2.在强碱性条件下水热法制备了二氧化钛纳米管,通过400℃空气中煅烧和500℃还原性气氛中纳米管的断裂试验表明:纳米管完全横向断裂为均匀大小的‘空心砖’结构,且由锐钛矿相完全转化为金红石相。,XRD和HRTEM研究发现,纳米管为沿(101)晶面生长的锐钛矿结构,管壁为多层的开口管。其生长机理可解释为纳米晶粒子经过片状钛酸盐结构连接卷积而成。紫外可见吸收光谱显示其对500-800 nm可见光有弱吸收,对260nm附近的紫外光有强吸收。 3.选取了与Zn~(2+)半径相近,氢氧化物和碳酸盐的Ksp相近的Mn~(2+)、Cu~(2+)和Cr~(3+)离子分别对ZnO掺杂,采用共沉淀法合成了微量Mn~(2+),Cu~(2+)和Cr~(3+)离子分别掺杂的ZnO纳米晶体。研究其光致发光性能。研究发现,金属离子掺杂不影响ZnO
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TB383

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【引证文献】
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【二级引证文献】
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