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四枝杈纳米氧化锌成核机理、可控制备及性能研究

王万君  
【摘要】:四枝杈纳米氧化锌(T-ZnO)具有独特的物理化学、纳米三维结构等性能,在光电子器件、生物医药、信息技术及能源领域等具有广阔的应用前景。然而T-ZnO的成核机理研究及可控合成方法均存在缺陷,阻碍了更深入的认识T-ZnO及其应用开发。本文系统研究了T-ZnO的成核机理及形貌转变机制、可控制备条件,合成出结构和形貌可控的纳米T-ZnO,并研究了其光催化性质。 利用热蒸发快速氧化法,在高温下成功获得T-ZnO的核结构,并通过控制反应条件,制备出结构和形貌可控的T-ZnO纳米材料。理论研究及实验现象分析均表明,T-ZnO晶核的形成符合“octa-twin”晶体成核模型。XRD、SAED及HRTEM分析表明,T-ZnO及其晶核具有相同的六方纤锌矿晶体结构;SEM及TEM表明制备的T-ZnO晶核可以作为枝杈的生长中心,并通过构建二维形核模型解释了成核过程与枝杈形貌之间的内在联系。分析发现,T-ZnO的枝杈类型有三棱柱型与六棱柱型,这些形貌的形成与成核时正负极性面的极性生长相关联。在氧气浓度过高时,T-ZnO核的负极性面能够长大形成额外的晶面,并在热应力作用下开裂。EDS表明T-ZnO及其核结构的锌氧浓度比大于1,单一枝杈内锌含量沿着枝杈生长方向逐渐降低。 通过对比分析影响T-ZnO制备的主要因素:反应温度、氧气流速及氮气流速与T-ZnO的微观形貌及产率的关系,确定制备高产率、高质量T-ZnO的反应条件。将所制备的高质量T-ZnO用于光催化降解甲基橙性能实验,研究表明T-ZnO具有优异的光催化性能。


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