氧化锌纳米材料制备及应用

第1章绪论1

1.1纳米科技与纳米材料1

1.2纳米材料与能源、环境的关系2

1.3纳米材料简介3

1.3.1纳米材料特性3

1.3.2纳米材料分类7

1.3.3纳米材料的表征7

1.4纳米半导体材料的特殊性质21

1.4.1光学性质21

1.4.2光催化特性22

1.4.3光电转换特性22

1.4.4电学特性22

1.4.5表面活性与敏感特性23

第2章氧化锌纳米材料的制备25

2.1氧化锌的结构和基本性质25

2.2氧化锌纳米材料的制备28

2.2.1水热合成法28

2.2.2电化学生长法30

2.2.3化学气相沉积法31

2.2.4溶胶-凝胶法34

2.2.5沉淀法35

2.2.6磁控溅射36

2.2.7分子束外延37

2.2.8原子层沉积39

第3章表面活性剂辅助电化学沉积制备多孔ZnO薄膜41

3.1表面活性剂的作用及分类41

3.1.1表面活性剂的作用41

3.1.2表面活性剂的分类42

3.2利用表面活性剂调控纳米材料的形貌43

3.2.1表面活性剂在纳米材料合成中的作用44

3.2.2表面活性剂聚集体在辅助纳米材料合成中的作用机理45

3.3表面活性剂在纳米氧化锌合成与制备中的作用49

3.3.1表面活性剂的特性49

3.3.2离子型表面活性剂辅助合成纳米氧化锌50

3.3.3非离子型表面活性剂辅助合成纳米氧化锌52

3.3.4表面活性剂对纳米氧化锌的性能的影响53

3.4电化学沉积法55

3.4.1电化学沉积的基本理论及影响因素55

3.4.2电沉积 ZnO 薄膜的体系58

3.5表面活性剂辅助电化学制备ZnO薄膜59

3.5.1实验方案60

3.5.2电化学沉积ZnO薄膜的原理及特点61

3.6SDS参与的电沉积ZnO薄膜62

3.6.1循环伏安(CV)曲线62

3.6.2薄膜的晶体结构分析64

3.6.3沉积电压对薄膜表面形貌的影响64

3.6.4溶液中Zn2 浓度对薄膜表面形貌的影响65

3.6.5SDS含量对薄膜表面形貌的影响65

3.6.6ZnO薄膜表面元素含量67

3.6.7光学性能表征70

3.7CTAB参与的电沉积ZnO薄膜71

3.7.1循环伏安(CV)图71

3.7.2XRD分析71

3.7.3不同CTAB含量的薄膜SEM图72

3.7.4不同沉积电压对薄膜形貌的影响72

3.7.5ZnO薄膜表面元素含量73

3.7.6ZnO薄膜光学性能表征75

3.8机理分析76

3.9本章小结77

第4章溶胶-凝胶法制备纳米ZnO多孔薄膜79

4.1溶胶-凝胶法79

4.1.1溶胶-凝胶技术的发展过程79

4.1.2溶胶-凝胶技术的特点80

4.1.3溶胶-凝胶技术的实现途径81

4.1.4溶胶-凝胶法的工艺过程85

4.1.5溶胶-凝胶法的影响因素88

4.1.6溶胶-凝胶法在材料合成中的应用89

4.1.7溶胶-凝胶法制备薄膜的方法93

4.2无机盐络合溶胶-凝胶法制备介孔ZnO薄膜96

4.2.1无机盐络合物溶胶-凝胶法96

4.2.2试验方案99

4.2.3凝胶的红外光谱分析101

4.2.4干凝胶的DTA-TG分析102

4.2.5制备条件和参数对薄膜的影响103

4.2.6ZnO薄膜的光学性能109

4.2.7ZnO薄膜的比表面积和孔分布111

4.3PEG辅助的溶胶-凝胶法制备多孔ZnO薄膜114

4.3.1模板组装化学114

4.3.2实验方案117

4.3.3聚乙二醇的结构特性118

4.3.4Zn(AC)2-PriOH-DEA-PEG系胶体的性质119

4.3.5多孔结构形成过程的影响因素122

4.3.6性能表征125

4.4本章小结129

第5章表面活性剂辅助直接沉淀法制备ZnO纳米结构材料130

5.1沉淀法130

5.1.1沉淀法的基本原理及特点130

5.1.2沉淀法制备粉体反应中单体颗粒的核化与生长131

5.1.3沉淀法在制备氧化锌材料中的应用132

5.2直接沉淀法制备ZnO纳米材料133

5.2.1实验方案133

5.2.2实验方法134

5.3直接沉淀法制备ZnO纳米材料134

5.3.1物相及形貌分析134

5.3.2形成机理分析135

5.4PVA辅助的直接沉淀法制备ZnO纳米材料136

5.4.1物相及形貌分析136

5.4.2PVA作用机理分析138

5.5CTAB辅助直接沉淀法制备ZnO纳米材料138

5.5.1物相及形貌分析138

5.5.2CTAB作用机理分析138

5.6制得不同形貌的纳米氧化锌的原因分析140

5.7紫外-可见光吸收光谱140

5.8本章小结141

第6章金属离子掺杂纳米ZnO的表征及发光性能142

6.1半导体氧化锌的发光理论142

6.1.1半导体中的能带142

6.1.2与发光有关的缺陷143

6.1.3掺杂半导体理论144

6.1.4载流子的复合147

6.2常用发光表征方法149

6.2.1光致发光谱149

6.2.2拉曼光谱151

6.3ZnO的光学性质153

6.3.1激子复合发光155

6.3.2带间跃迁发光156

6.3.3杂质或缺陷能级跃迁发光156

6.4实验方案156

6.5络合物结构分析157

6.6干凝胶的热分析158

6.7物相组成及形貌分析158

6.8红外光谱分析162

6.9金属离子掺杂纳米ZnO的光学性能163

6.9.1紫外-可见-近红外吸收光谱163

6.9.2金属离子掺杂纳米ZnO的PL图谱165

6.10本章小结167

第7章氧化锌纳米材料的应用168

7.1氧化锌纳米材料在能源中的应用168

7.1.1氧化锌的室温光致发光168

7.1.2氧化锌在新型光伏电池中的应用170

7.1.3氧化锌在透明导电薄膜中的应用178

7.1.4氧化锌的压电效应179

7.2氧化锌纳米材料在环境中的应用180

参考文献184

氧化锌纳米材料是一种多功能性的新型无机材料，其具有一系列优异性能和十分诱人的应用前景，因此，研发氧化锌纳米材料已成为许多科技人员关注的焦点。 《氧化锌纳米材料制备及应用》围绕多孔ZnO薄膜和纳米ZnO粉体的制备、性能测试及应用进行了研究。全书共7章，主要研究了表面活性剂辅助电化学沉积法、络合物溶胶凝胶法制备多孔ZnO薄膜，表面活性剂辅助直接沉淀法制备ZnO纳米结构材料以及金属离子掺杂纳米ZnO的表征及发光性能等。

本书对于从事无机非金属材料、透明导电氧化物(或透明氧化物半导体)、染料敏化太阳能电池、新能源材料与器件等领域的科研人员和技术人员，以及高等学校相关专业师生具有参考价值。

《纳米材料及应用技术》从原子、分子层次设计与计算机模拟计算电子、原子、晶体结构、表征设备与技术、性能表征、制备技术到应用领域对纳米材料进行了较详细的论述。

第1章 中空结构的微纳米材料

1.1纳米材料

1.1.1纳米材料的性质

1.1.2纳米材料的组成和分类

1.2 中空结构纳米材料

1.2.1在催化领域的应用

1.2.2在生物医学领域的应用

1.2.3在能源储存与转换领域的应用

1.2.4在传感器领域的应用

1.2.5在其他领域的应用

1.3 中空结构微纳米材料的制备方法

1.3.1微纳米材料的常用制备方法

1.3.2 中空结构纳米材料的制备方法

1.4材料表征与测试技术

1.4.1粒度分析

1.4.2 SEM表征

1.4.3 TEM表征

1.4.4 BET测试

1.4.5 X射线显微分析

1.4.6发光测试（PL）

1.4.7热重分析（TG）

1.4.8红外表征（FT—IR）

1.5 本章小结

参考文献

第2章 中空微纳米材料的制备、性能与应用

2.1硬模板法

2.1.1聚合物微球模板法

2.1.2胶体SiO2微球模板法

2.1.3介孔C球模板法

2.1.4无机盐模板法

2.2软模板法

2.2.1胶束模板法

2.2.2乳液法

2.2.3气泡模板法

2.3消耗模板法

2.4无模板法

2.4.1 奥斯特瓦尔德熟化效应

2.4.2柯肯达尔效应

2.5本章小结

参考文献

第3章 中空一核壳微纳米材料的制备、性能与应用

3.1硬模板法

3.1.1层层包覆法

3.1.2离子渗透法

3.1.3介孔C球模板法

3.2软模板法

3.2.1胶束模板法

3.2.2乳液模板法

3.3无模板法

3.3.1奥斯特瓦尔德熟化效应

3.3.2柯肯达尔效应

3.4其他模板法

3.4.1喷雾热解法

3.4.2消耗模板法

3.5本章小结

参考文献

第4章多壳层和多空腔中空微球的制备、性能与应用

4.1 C球模板法

4.2层层包覆法

4.3 乳液法

4.4奥斯特瓦尔德熟化效应

4.5 本章小结

参考文献

《中空结构微纳米材料的制备与应用研究》(作者酒红芳)简要论述了中空结构微纳米材料的一些概念，对中空结构微纳米材料进行了分类，详细介绍了一些中空结构微纳米材料的制备和性能与应用研究，以及中空结构微纳米材料的发展趋势和研究动向，并提出了制备和应用申的关键问题，对中空结构微纳米材料的制备方法和形成机理进行了针对性的深入分析。

《中空结构微纳米材料的制备与应用研究》可供化学工艺、工业催化、应用化学、材料学、高分子物理与化学、晶体学、生物学、制药工程等方面工作的科技人员以及高等院校有关专业的师生参考。