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《武汉理工大学》 2008年
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高压处理纳米ZnO/SnO_2复合材料的微结构及其光谱研究

邓允棣  
【摘要】: 纳米氧化锌(ZnO)是一种重要的半导体材料,其禁带宽度与纳米氧化钛相近,具有良好的光催化性能,但是由于其对光源的利用率还不是很高,所以如何提高紫外光催化效率并扩展到可见光区成为了目前多学科研究的热点。 高压技术作为一种新的纳米材料合成手段,日益得到科研工作者的重视。本文将高压技术运用到光催化材料的研究中,探索高压作用对纳米半导体材料结构和性能的影响,为制备更为高效的光催化材料提供理论指导。本文制备了两种纳米光催化材料,并对高压处理前后的微结构变化和光谱变化进行了测试和分析,为研究新型光催化材料提供了一定的理论依据。 利用溶胶-凝胶法制备ZnO与氧化锡摩尔含量为3%的纳米氧化锌/氧化锡复合材料(ZnO/SnO_2),采用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对样品进行了表征,结果表明ZnO和ZnO/SnO_2复合材料都具有良好的结晶度,平均粒径分别为17.22nm和19.68nm,其中ZnO/SnO_2复合材料的ZnO大小为20nm左右,SnO_2大小为3-6nm。利用六面顶压机对两种样品常温下进行6GPa的高压处理,结果发现高压使得样品平均粒径变小,分别减小至16.20nm和14.50nm,粒径减小百分比分别为5.9%和26.3%。 采用荧光光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪对高压处理前后的ZnO和ZnO/SnO_2复合材料进行了较全面的谱学研究,结果表明高压处理后ZnO光致发光谱的发光带强度明显降低。高压后粒径减小和荧光发光带强度降低主要归因于:由于纳米晶体比表面积大,外部原子松弛,高压的挤压作用使晶体外围松弛的原子排列更加紧密,晶格畸变和缺陷减少,结晶度有所提高,从而使得纳米晶体粒径减小,并使得由锌氧空位缺陷导致的发光带强度明显降低。对于ZnO/SnO_2复合材料,由于高压处理在压缩晶体外部原子提高结晶度的同时,颗粒较小、硬度较高的氧化锡晶体由于局部应力作用引起氧化锌晶体破碎,导致了晶格畸变和缺陷残留的区域比纯氧化锌多,使得发光带强度降低幅度比纯氧化锌小。 采用紫外-可见吸收光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪对高压处理前后的ZnO和ZnO/SnO_2复合材料进行了吸收光谱的研究。高压以后,ZnO与ZnO/SnO_2复合材料的紫外.可见吸收光谱的吸收峰位置发生了蓝移,从高压前的380nm分别蓝移到368nm与366nm,蓝移波长为12nm和14nm。红外光谱中ZnO/SnO_2复合材料的特征峰与ZnO的特征峰对比,有明显的宽化现象,说明了与纯氧化锌相比,一是晶粒尺寸不均匀,二是内部界面有差异。高压处理后,红外光谱中ZnO和ZnO/SnO_2复合材料的特征峰也发生了蓝移,从高压前的438cm~(-1)和441cm~(-1)蓝移到高压后的451cm~(-1)和453cm~(-1),蓝移的波数分别为13cm~(-1)和12cm~(-1)。这两种吸收光谱的蓝移进一步说明高压作用使得粒径减小,量子尺寸效应加强。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.1

【参考文献】
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