以催化活性调控为导向的金属纳米结构可控合成

概述了具有面心立方结构的金属纳米晶体的可控合成方法,阐述了合成过程中的关键控制参数。以课题组近年来的进展为例,重点讨论了金属纳米晶体的晶面调控方法.例如,通过表面修饰剂的选择,可以有选择性地获得具体不同低指数表面晶面的纳米晶体;通过晶体生长位点的活化,在晶种介导生长过程中可以形成具有高指数晶面的纳米晶体.由于表面晶面的种类决定了纳米晶体的表面原子排列方式,其调控赋予了材料在分子吸附与活化过程中的可控性,从而使得材料具有独特的催化性能.     

在碳纳米管上CVD法原位生长CdSe纳米晶体

用化学气相沉积(CVD)法在多壁碳纳米管(MWCNTs)上均匀地生长了CdSe纳米晶体,并用TEM、SEM、EDS、UV-V is和XRD对CdSe纳米晶体的形貌和结构进行了表征.结果发现,CdSe纳米晶体的粒径约为18 nm,晶相为六方晶型,光谱分析表明CdSe纳米晶体的起始吸收大约在650 nm左右.     

金属氧化物纳米晶体的表面结构控制及功能调控的研究进展

晶体具有各向异性,不同晶面上的原子排布、成键方式等都不尽相同,从而导致各种晶面的物理和化学性质的差异,因此通过控制裸露晶面就可以调控晶态材料(特别是微纳米晶态材料)的相关性质.近年来,关于微纳米晶体的表面结构控制的研究已成为纳米材料的一个研究热点.在文中,首先简要回顾国际上在该领域研究的情况,然后着重介绍了在部分金属氧化物微纳米晶体的表面结构控制方面的相关研究进展.     

表面活性剂对氧化锌微纳米晶形貌及光致发光性能的影响

以硝酸锌、氢氧化钠为原料,采用水热法制备出氧化锌微纳米晶,并研究了表面活性剂对氧化锌微纳米晶形貌的影响,探讨了不同形貌氧化锌微纳米晶的生长机理。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及光致发光谱（PL）等测试手段对产物的结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明,借助表面活性剂CTAB、SDBS、PVPK90可分别制得片状、棒状和花状纤锌矿型氧化锌微纳米晶,3种形貌的氧化锌微纳米晶均具有光致发光特性,尤其片状ZnO微纳米晶的光致发光峰最强。     

表面改性Mg(OH)_2纳米晶的制备和性能

为减少Mg(OH)2纳米晶在制备干燥过程中发生颗粒团聚现象,并使其表面性质由亲水性变为亲油性,首次将硬脂酸作为表面修饰剂直接引入共沸蒸馏干燥体系,成功制备得到硬脂酸表面改性Mg(OH)2纳米晶.并用透射电镜(TEM),X射线粉末衍射仪(XRD),红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM),对表面改性Mg(OH)2纳米晶形貌、结构进行表征.将其加入到ABS塑料中,相对商品微米量级产品表现出较好的分散性,阻燃和力学性能也得到较大程度提高.     

草酸镧纳米晶体的超声固相化学合成及表征

在表面活性剂存在的条件和超声波作用下,利用不同的镧盐分别与草酸进行低热固相化学反应,合成了稀土金属配合物草酸镧纳米晶体,用粉末X射线衍射(XRD)及电子衍射法(ED)分析了固相产物的物相,用透射电镜(TEM)观测粒子的大小、形貌、粒径及粒径分布.结果表明,产物为颗粒,大小均匀,平均粒径约为30nm的纳米晶,产率为92.8%.改变反应物、反应物配比、掺入惰性物质、加入微量溶剂或表面活性剂、研磨不同的时间等固相反应条件对合成纳米晶颗粒的形貌、粒度和粒径分布等有一定影响.     

比表面积及金修饰对氧化锌光催化性能的影响

采用3步反应制得大比表面氧化锌纳米晶,并用BET、XRD和TEM对氧化锌样品的比表面积、晶型以及颗粒形貌进行了表征.以X3B染料为降解对象,紫外灯为光源,研究了其光催化性能,研究发现紫外光照180 min,X3B溶液(初始浓度为1.0×10~(-4)mol/L)的降解率为99.73%,而传统方法制备的氧化锌在相同条件下,X3B的降解率仅为39.80%.结果表明:制得的大比表面氧化锌纳米晶光催化活性明显高于传统方法制得的氧化锌.考察了金修饰对氧化锌光催化活性的影响,实验结果表明:比表面积对催化剂的光催化活性影响更大.     

疏松型纳米氢氧化镁阻燃剂的结构表征

对疏松型纳米氢氧化镁(LN-MH)阻燃剂进行了扫描电子显微镜分析、X-射线衍射分析、元素分析、傅立叶变换红外光谱和粒径测定.结果表明,该阻燃剂中氢氧化镁分子数与油酸根数之比为9.386∶1,氢氧化镁纳米粒子具有片状结构,其晶体在三维空间中至少有一维为纳米级.包覆剂的COO-与纳米粒子表面形成了紧密的结合.纳米晶体的弱极性001晶面的衍射强度有明显增强,相应的极性降低.     

微乳液法制备纳米氧化锌及微乳体系相行为研究

研究了表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与助表面活性剂正丁醇微乳体系的相行为,考察了表面活性剂与助表面活性剂的质量比、油相种类、锌离子浓度对微乳液拟三元相区大小的影响,以确定适宜制备纳米氧化锌的微乳体系.研究表明,当m(CTAB)∶m(正丁醇)∶m(正辛烷)=1.2∶1∶4.4时,微乳体系具有较高的增溶水量.采用该配比,在微乳体系中制备出粒径小、尺寸分布窄的纳米氧化锌,并用扫描电镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等对纳米氧化锌的形态和晶体结构进行了表征.     

Al掺杂四针状纳米ZnO生长机制分析

采用热物理法制备不同量Al掺杂的ZnO纳米材料,利用XRD分析掺杂前后试样的物相结构,并通过TEM鉴定粉体中的四针状纳米氧化锌(T-ZnO)结构.结果表明,Al掺杂纳米T-ZnO晶须的结晶过程是气液固(VLS)方式,晶须生长具有择优取向.透射电镜高分辨图像揭示凝固过程中晶须沿[0001]轴向生长,随着时间的延长,Zn原子首先形成核心部分并向外在晶须表面呈台阶状生长,从Al液中带走部分Al原子,进而促成纳米晶须的不断伸长且直径变大.     

球形花状ZnO微-纳分级结构的制备及其光电化学性能

文章采用一种热蒸发的方法在镀有Zn膜的掺F的SnO2(FTO)导电玻璃上制备出球形花状ZnO微-纳米分级结构,利用SEM、XRD、PL等手段对球形微-纳米结构的形貌、成分和发光性能进行了分析。分析结果表明,球形花状六方纤锌矿ZnO微-纳米分级结构具有表面多孔特征,有利于染料的吸收。球形花状ZnO微-纳米结构存在近带边发射的近紫外发光(402nm)和来自于深能级缺陷的可见发光(460nm和500nm)。将所制备的样品作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),该电池的转换效率η=0.67%,比以纳米棒、树枝状纳米结构、纳米梳作为光阳极材料的DSSC的转换效率要高,但是整体转换效率不高,这是由于晶体内部较多缺陷引起的。     

Mn掺杂GaN纳米条的制备和性质的研究

通过在1000℃下氨化锰掺杂Ga2O3薄膜制备了大量GaMnN纳米条。采用此法得到的剑状Mn掺杂GaN纳米条是六方纤锌矿结构,Mn的原子百分比是5.43%,纳米条的厚度大约为100 nm,宽度为200~400nm。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子能谱(XPS)和荧光分光光度计(PL)用于表征所制备纳米条形貌及光学性质。室温下以325 nm波长的光激发样品表面,发现由于Mn的掺杂使GaN的发光峰有较大的红移。最后,简单讨论了GaN纳米条的生长机制。     

用PLD法在MgO(100)衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在MgO(100)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为400℃、550℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明,在400℃和550℃下生长的ZnO薄膜具有高度c-轴择优取向,但是当衬底温度升高到700℃时,薄膜由单一的择优取向变为有两个较强的择优取向.通过光致发光谱可以发现,在550℃下生长的ZnO薄膜具有强的紫外发射和窄的FWHM,并且紫外发光峰的强度与ZnO薄膜的结晶质量密切相关.     

Zn基ZnO纳米棒阵列的制备和发光特性

N2H4.H2O水热体系中,在Zn基底上制备出了ZnO纳米棒薄膜。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)及发致发光谱(PL)等分析测试手段,研究了ZnO薄膜的形貌结构和发光特性。结果表明,预处理工艺不同,Zn基底表面状态不同,ZnO薄膜形貌也不同。在经预氧化形核的Zn基底上易于制备ZnO纳米棒薄膜。在单一取向的Zn基面上,易于制备ZnO纳米棒阵列。PL测试分析表明,ZnO纳米棒有强的近带边紫外光发射峰和弱的缺陷发射峰。阵列棒本征发射峰强度最高、缺陷峰最弱,反映了该ZnO纳米棒结晶质量高。     

ZnO纳米片薄膜的合成、表征及其光学性质

采用水热法在修饰有ZnO种子层的石英玻璃衬底上制备出ZnO纳米片薄膜。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电镜和荧光光谱仪对样品的形貌、结构和光致发光性质进行表征和分析,探讨了其形成机理。结果表明,制备的ZnO纳米片为六方纤锌矿型单晶结构,具有沿<101ˉ0>方向的择优取向,其室温下的光致发光谱由尖锐的紫外发光峰(380 nm处)和较宽的可见发光带组成,其中可见光发射可以拟合为中心分别位于550、620和760 nm处的3个发光峰。     

Zn缺陷对ZnO薄膜光学特性的影响

采用射频磁控溅射方法在熔石英玻璃衬底上制备了ZnO薄膜．薄膜的X射线衍射（XRD）分析表明样品具有较好的结晶性和良好的C轴取向．光致发光（PL）性能分析发现,分别在398nm和470nm波长出现了较强的发光峰,与ZnO薄膜通常的发光峰位置明显不同．通过分析表明,398nm波长的发光峰是由于导带电子跃迁到Zn空位引起,470nm波长的发光峰是由于间隙Zn电子跃迁到Zn空位上而产生．     

Effect of Tm-Er concentration ratio on the photoluminescence of Er-Tm: Al2O3 thin films fabricated by pulsed laser deposition

Er-Tm codoped amorphous aluminum oxide (a-Al2O3) thin films have been prepared by an alternative pulsed laser deposition. The phase structure and the surface of the deposited thin films were characterized by the X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. Effective photoluminescence (PL) in the region of 350-900nm was observed when pumped at 325nm, and the PL performance has been improved by modifying the Tm3 concentration. With the increasing of [Tm]/[Er] concentration ratio, the intensity of emission of 382nm and 500nm bands was improved effectively while that of 76Snm band increased smoothly. Our results suggest that the resonant energy transfer and cross relaxation between Tm3 and Er3 play an important role in the evolution of the luminescent response.     

ZnO纳米网状结构的制备

采用热蒸发技术在镀金Si衬底上实现了ZnO纳米网状结构制备.利用扫描电子显微镜、X射线衍射及光致发光技术对ZnO纳米结构的形貌、晶态结构及发光特性进行了分析.结果表明,源材料ZnO和C的质量比为6∶1时有利于ZnO纳米网状结构的形成,该结构由一维纳米线和二维纳米片状结构组成.纳米网状结构主要由晶态ZnO组成.室温的光致发光谱分析结果显示,所制备的纳米ZnO网状结构呈现出了较强的紫外光发射的特征.     

氧化锌纳米材料的机械法制备及其光学性能研究

采用滚压振动磨在干法室温状态下大批量制备了氧化锌纳米材料,分别利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对样品晶体结构和形貌进行了表征.结果表明,ZnO纳米颗粒平均粒径约为60 nm,材料结晶良好,无杂质.室温下光致发光(PL)谱显示,在390 nm处有近带边紫外发射峰,这属于激子态发光;同时,在510 nm处有较弱的绿光发射峰,而强度最强的是位于648 nm处的红光发射峰,这两种发射属于表面缺陷态发光.UV-Vis吸收光谱表明,产物在紫外区有很强的紫外吸收,吸收峰出现了蓝移现象,这种蓝移验证了材料存在键断裂等表面缺陷态.Raman光谱表明非极性光学声子模位于437.6com-1处,纵向光学模(LO)峰位于583.6 cm-1处.     

Effect of Tm-Er concentration ratio on the photoluminescence of Er-Tm:Al2O3 thin films fabricated by pulsed laser deposition

Er-Tm codoped amorphous aluminum oxide （a-Al2O3） thin films have been prepared by an alternative pulsed laser deposition. The phase structure and the surface of the deposited thin films were characterized by the X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM）, respectively. Effective photoluminescence （PL） in the region of 350-900 nm was observed when pumped at 325 nm, and the PL performance has been improved by modifying the Tm^3＋ concentration. With the increasing of [Tm]/[Er] concentration ratio, the intensity of emission of 382 nm and 500 nm bands was improved effectively while that of 765 nm band increased smoothly. Our results suggest that the resonant energy transfer and cross relaxation between Tm^3＋ and Er^3＋ play an important role in the evolution of the luminescent response.