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不同尺寸和形貌ZnS纳米结构的溶剂热制备与光催化特性

王新悦  
【摘要】: 本论文采用简单的溶剂热方法制备出高度取向直径可调的ZnS纳米棒阵列、不同纵横比的ZnS纳米带、ZnS纳米线自组装成的纳米线团和分级结构。采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、透射电子显微镜对产物的形貌和结构进行了表征。研究了不同形貌和尺寸的ZnS纳米结构的生长过程,提出了相关的生长模式和组装机理。考察了高度取向直径可调的ZnS纳米棒阵列发光性能、光催化性能;同时还研究了不同纵横比的ZnS纳米带的发光特性、Ⅰ-Ⅴ特性。探讨了ZnS纳米结构的形貌、尺寸与性能之间的关系。这些结果为ZnS纳米结构材料的制备、物理化学性能的研究以及在光电子、场发射显示器、太阳能电池、光催化等领域的应用奠定了基础。具体研究结果如下: (1)高度取向直径可调的ZnS纳米棒阵列:溶剂热合成、尺寸依赖的带边发光和光催化性能:通过金属Zn与CS(NH2)2、N2H4·H2O(80wt%)在180℃下溶剂热反应2-13 h,在Zn片基底上制备出了高度取向的、直径可调的ZnS纳米棒阵列。通过反应时间的改变实现直径的可控合成。制备出六方相纤锌矿结构的单晶ZnS纳米棒,并沿着[0001]方向择优生长。研究了水合肼在ZnS纳米棒阵列形成过程中的作用,提出了可能的生长机理。考察了不同直径的ZnS纳米棒阵列的光致发光和光催化性能。结果表明:ZnS纳米棒阵列具有尺寸依赖的带边发光和降解有机物酸性大红的催化性能。 (2)不同纵横比ZnS纳米带的可控合成:通过金属Zn与硫脲、NaOH、N2H4·H2O(80wt%)在105℃下溶剂热反应12 h,在Zn片基底上制备出不同纵横比的ZnS纳米带。通过调节NaOH的质量实现了不同纵横比ZnS纳米带的可控合成。考察了不同纵横比的ZnS纳米带的光致发光性能和Ⅰ-Ⅴ特性。 (3)ZnS纳米线自组装的纳米线团、分级结构的可控合成:通过ZnCl2与CS(NH2)2、N2H4·H2O(80wt%)在180℃溶剂热反应8 h,通过乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)与硫脲的摩尔比的调控,可控合成出由ZnS纳米线自组装成的纳米线团与分级结构。


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