【摘要】：21世紀(jì)以來(lái),新型微納材料的產(chǎn)生和發(fā)展,極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的進(jìn)步。這其中,氧化鋅以其多方面的優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料更是表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì),如壓電性、、熒光性、紫外散射以及紅外吸收能力等。利用其在光、電、磁方面的良好特性,可制作不同的功能材料,如氧化鋅功能薄膜、壓敏材料等,其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。這些優(yōu)良的光電性質(zhì)來(lái)源于它具有的極大激子結(jié)合能(60meV),使得氧化鋅即使在室溫下也由于激子重組而產(chǎn)生激發(fā)態(tài)。此外,ZnO是一種寬帶隙(3.37eV)復(fù)合半導(dǎo)體,適用于短波長(zhǎng)光電應(yīng)用,ZnO半導(dǎo)體微納材料在吸波超材料和光催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其近年來(lái),隨著世界工業(yè)以及社會(huì)的發(fā)展,大量二氧化碳的排放,導(dǎo)致全球溫室效應(yīng)愈來(lái)愈重。二氧化碳的減排和轉(zhuǎn)換成為了科學(xué)界熱議的課題。其中尋找合適的光催化劑,將二氧化碳通過光催化的形式轉(zhuǎn)換成例如一氧化碳、甲烷等高能量密度燃料,尤其受到研究人員的重視。氧化鋅半導(dǎo)體光催化劑也自然備受矚目。本文中研發(fā)了一種極其簡(jiǎn)單的氧化鋅3D形貌再構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方案,并設(shè)計(jì)制備了氧化鋅微米星微-納復(fù)合結(jié)構(gòu),探究了其可控生長(zhǎng)的條件,并著重研究了其紅外吸收性能以及光催化還原二氧化碳為一氧化碳的效率,具體內(nèi)容如下:第一章中,首先對(duì)超材料和氧化鋅半導(dǎo)體超材料進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜述,,并著重介紹了氧化鋅半導(dǎo)體微納材料的幾種合成方法:溶膠-凝膠法、水熱法和微波加熱法;其次對(duì)光催化和半導(dǎo)體光催化劑進(jìn)行了介紹,并簡(jiǎn)單綜述了基于半導(dǎo)體光催化劑的二氧化碳光催化還原特性。第二章中,采用簡(jiǎn)單的水熱法設(shè)計(jì)合成了一種比表面積高達(dá)7.9801 m2/g的氧化鋅微米星狀微-納復(fù)合結(jié)構(gòu)。此方法與其它水熱法合成氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的相比,具有參與反應(yīng)物少、合成條件溫和、反應(yīng)周期短及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。在合成了氧化鋅微米星結(jié)構(gòu)后,又對(duì)反應(yīng)的各種條件如稀釋倍數(shù)、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等對(duì)氧化鋅生長(zhǎng)形貌的影響進(jìn)行了詳盡的探究,找到了氧化鋅微米星微-納復(fù)合結(jié)構(gòu)可控制備的最佳反應(yīng)條件。第三章中,對(duì)所制備的氧化鋅微米星微-納復(fù)合結(jié)構(gòu)在紅外波段的吸收性能進(jìn)行了研究。首先利用FDTD軟件對(duì)氧化鋅微米星結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模,然后在邊界條件為PML的條件下,對(duì)單個(gè)以及單層氧化鋅微米星結(jié)構(gòu)對(duì)紅外波段的吸收進(jìn)行了軟件模擬計(jì)算。而后利用紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)對(duì)所制樣品進(jìn)行了紅外波段吸收的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,在900-2000nm的近紅外波段,取得了小于30%的反射率。通過結(jié)果對(duì)比,理論模擬和實(shí)驗(yàn)基本吻合。第四章中,設(shè)計(jì)了新的一種光催化劑。在已合成的氧化鋅微米星微-納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面上通過硝酸銀紫外光照還原反應(yīng)生長(zhǎng)附著了銀納米顆粒,并測(cè)試了其光催化還原二氧化碳為一氧化碳的效率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,再構(gòu)型的氧化鋅微米星附著上銀納米顆粒后,使得其光催化還原CO2為CO的效率從商業(yè)氧化鋅粉末的2.29μmolg-1h-1提高到了 9.21μmolg-1h-1,增強(qiáng)了 4倍之多。分析顯示這是銀顆粒的表面等離激元吸收增強(qiáng)效應(yīng)與銀顆粒增大ZnO表面電荷輸運(yùn)活性面兩種效應(yīng)的結(jié)果,這無(wú)疑給ZnO的微納構(gòu)型在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。第五章中,對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行了回顧總結(jié),同時(shí)做出了展望。
【圖文】：

圖１萊克格斯杯（ａ）在反射光下看起來(lái)是綠色的；（ｂ）在太陽(yáng)透射光下看起來(lái)是淡紅色的。逡逑（ｃ）在紅寶石玻璃中可以探測(cè)到金屬納米顆粒。逡逑“超材料”（Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ）是人造的、經(jīng)過設(shè)計(jì)的材料，具有合理設(shè)計(jì)的逡逑成份和納米結(jié)構(gòu)構(gòu)件的周期排列。由于它們對(duì)電磁波、聲波以及熱的非凡反應(yīng)特逡逑性超越了自然材料的特性，導(dǎo)致這些材料可以為幾乎所有的應(yīng)用量身定做。前綴逡逑“ｍｅｔａ”（在希臘語(yǔ)中）意思是“超越”，在這個(gè)意義上，，“超材料”這個(gè)名逡逑字表示的是超越常規(guī)材料的系統(tǒng)。有人認(rèn)為“超材料”這個(gè)詞最早出現(xiàn)于２０００逡逑年，基于當(dāng)時(shí)史密斯等人發(fā)表了的論文［４］，也有人認(rèn)為“超材料”這個(gè)詞最早是逡逑１９９９年由羅杰？沃瑟物理學(xué)家發(fā)明的，一位德克薩斯大學(xué)教授［５＿７］。在短短的幾逡逑年內(nèi)，大量的研[側(cè)嗽蓖度氳秸夥矯嫻難繡�，“超材料￠]庖渙煊虻玫攪搜桿俜㈠義險(xiǎn)購(gòu)?fù)探琐棧涵笁q難Э瓢ɑ∥錮恚庋�，材翇{蒲ВρУ縉こ獺Ｗ員臼厘義霞統(tǒng)�，“超材料呕词己经边�惴菏褂�，２００９年初，哉N蒲畔⑹菘庵芯鴕彥義嫌校玻埃埃岸嗥畚模詮雀杷閹髦幸浴俺牧稀蔽丶值乃閹鶻峁統(tǒng)常板義賢頡ｅ義

本文編號(hào)：2628094