ZnO纳米晶的暴露晶面调控及其光电性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

在半导体纳米材料中，金属氧化物半导体纳米材料是功能材料的重要组成部分，它不仅具有金属氧化物特有的物理化学性质，还具有半导体材料的特性，通常表现出特有的电、磁、声、光、热等性能，多年来受到了广泛的关注[1,2]。zno是一种ii-vi族直接宽带隙半导体，室温下禁带宽度3.37ev，激子束缚能60mev[3]。zno纳米晶由于粒径小、比表面积大，从而具有表面和界面效应等。由于其合适的能带位置，较高的电子迁移率以及较好的热稳定性和化学稳定性，zno在光催化、染料敏化太阳能电池(dsscs)和量子点敏化太阳能电池(qdscs)等应用中受到了广泛的关注并作为一种有前景的候选者[4]。

由于zno晶体内部的正负电荷中心不对称，从而导致晶体极性的存在，产生具有较高能量的zn-(0001)正极性面和o-(000-1)负极性面，但属于不稳定面，因此，在生长过程中会尽量缩小极性面的暴露面积以确保晶体生长过程中的总体系能量最低。在zno的生长过程中，极性面的生长速度快，而非极性面的生长速度较慢，从而容易得到以6个非极性(10-10)侧面为主暴露晶面的六方棒状结构[5,6]。但由于非极性晶面的表面能较低、反应活性较差，这严重影响了zno材料在应用中的优异性能，因此，通过控制zno晶体的生长条件，来获得具有不同暴露晶面的结构，以实现对其性能的调控与优化已成为人们的研究重点。

相关研究表明，zno纳米晶的暴露晶面会影响其性能。annamclaren等[7]制备出六方层状和棒状的zno，实验表明zno层状对亚甲蓝光催化分解的活性是zno纳米棒的5倍多，这是由于极性晶面（001）和(00-1)比垂直与它们的非极性晶面（如（100），（101））在光催化性能上有更高的活性。ramireddyboppella等[8]采用水热法合成特定取向的zno，实验表明zno的光敏性会随着极性与非极性晶面比例的增加而增加，并且暴露晶面（0001）和(000-1)的比例越高，zno光催化性能更强。gentang等[9]采用化学水浴沉积法合成不同比例（0001）晶面的zno纳米晶，随着（0001）晶面比例的增加，催化高氯酸铵（ap）热分解的活化能ea降低，催化活性增强。mianlihuang等[10]采用溶剂热法合成zno纳米晶，zno的形貌随着乙二醇体积分数增加而逐渐由棱柱形向多面体转变，主要暴露晶面由(10-10)变为(10-11)，继续增加乙二醇，形成zno球体，主要暴露晶面为(0001)，并且光催化活性逐渐增强。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

1、采用溶液法并调节反应条件，合成出不同暴露晶面的zno纳米晶，研究反应条件对zno纳米晶暴露晶面的影响；

2、采用tem、hrtem、xrd等手段对所合成的纳米晶进行表征，并研究纳米晶暴露晶面的形成机理；

3. 研究计划与安排

第1-3周阅读相关文献，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-5周与指导教师讨论，设计出合理且详细的实验方案及计划；

第6-7周分别合成出不同暴露晶面的zno纳米晶；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张金升,许凤秀,王英姿等.功能材料综述[j].现代技术陶瓷.2002(3):40-44.

[2] 梁志强.zno微纳结构制备及光学性能研究[d].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2013.

[3] 刘海霞.zno半导体材料的形貌、微结构调控及其性能研究[d].山东:山东大学，2011.