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纳米 ZnO 半导体材料的电化学制备与控制 PowerPoint PPT Presentation


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纳米 ZnO 半导体材料的电化学制备与控制. 报告人 : 卢锡洪 指导老师 : 李高仁讲师 童叶翔教授. 一、研究意义. 在金属氧化物半导体材料中, ZnO 具有优异的化学性能和热稳定性。 氧化锌半导体材料具有优良的光电性能,在光电子、传感器、透明导体等领域得到广泛应用。 纳米氧化锌由于其粒子的尺寸小 , 比表面积大 , 因而它具有明显的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子遂道效应以及高透明度、高分散性等特点。 与普通 ZnO 相比 , 具有更优良的光活性、电活性、烧结活性和催化活性。. 制备方法:. 二、国内外研究现状. 制备方法:.

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纳米 ZnO 半导体材料的电化学制备与控制

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Presentation Transcript


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纳米ZnO半导体材料的电化学制备与控制

报告人:卢锡洪

指导老师: 李高仁讲师 童叶翔教授


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一、研究意义

  • 在金属氧化物半导体材料中,ZnO具有优异的化学性能和热稳定性。

  • 氧化锌半导体材料具有优良的光电性能,在光电子、传感器、透明导体等领域得到广泛应用。

  • 纳米氧化锌由于其粒子的尺寸小,比表面积大,因而它具有明显的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子遂道效应以及高透明度、高分散性等特点。

  • 与普通ZnO 相比,具有更优良的光活性、电活性、烧结活性和催化活性。


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制备方法:

二、国内外研究现状


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制备方法:

二、国内外研究现状

化学方法


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二、国内外研究现状

电沉积的优点:


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二、国内外研究现状

本论文主要研究的两个方面:

纳米ZnO


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三、实验部分

实验步骤:


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三、实验部分

性质表征:


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四、结果与讨论

循环伏安图研究

(A)0.05 M ZnCl2 (B)0.05 M ZnCl2+0.01M citric acid (C) 0.25 MZnCl2+0.01 M citric acid maintained at 90 0C. Scan rate, 100 mV/s


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四、结果与讨论

ZnO形貌图

SEM image of ZnO dendritic nanostructures fabricated via electrochemical deposition from the solutions containing 0.05 M ZnCl2+0.05 M citric acid for 90 min. -1.5 V , 90 ℃.


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四、结果与讨论

不同沉积条件下的SEM图

(a)

(b)

(a)0.05 M ZnCl2+0.02 M citric acid

(b) 0.05 M ZnCl2+0.01 M citric acid

-1.5 V, 90 min , 90 ℃.

-1.5 V, 90 min, 90 ℃.


Zno

四、结果与讨论

不同沉积条件下的SEM图

(d)

(c)

(d) 0.25 M ZnCl2+0.01 M citric acid

(c) 0.05 M ZnCl2+0.001 M citric acid

-1.5 V, 90 min, 90 ℃.

-1.5 V, 90 min , 90 ℃.


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四、结果与讨论

ZnOEDS结果

EDS spectra of ZnO dendritic nanostructures prepared in solution of 0.05 M ZnCl2+0.05 M citric acid for 90 min, -1.5 V, 90 ℃.


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四、结果与讨论

ZnOXRD结果

XRD patterns of ZnO dendritic nanostructures prepared in solution of 0.05 M ZnCl2+0.05 M citric acid for 90 min, -1.5 V, 90 ℃.


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四、结果与讨论

ZnO树枝状结构的 HRTEM图

HRTEM images and SAED patterns (inserted) of the branches (A) and the stems (B) in ZnO dendritic nanostructures prepared in solution of 0.05 M ZnCl2+0.05 M citric acid for 90 min, -1.5 V, 90 ℃.


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四、结果与讨论

ZnO形貌图

SEM images of ZnO nanorods fabricated via electrochemical deposition in solution of 0.25 M ZnCl2+0.1 M KCl+0.01 M citric acid, -1.5 V, 90 ℃.


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四、结果与讨论

ZnO棒状结构的 TEM图

TEM image of a ZnO single nanorod by the electrochemical deposition in solution of 0.25 M ZnCl2+0.1 M KCl+0.01 M citric acid for 90 min,-1.5 V, 90 ℃.


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四、结果与讨论

ZnO树枝状结构的 PL结果

(a) PL spectra of the branched ZnO mesostructures prepared with different deposition systems: (i) 0.05 M ZnCl2+0.05 M M citric acid; (ii) 0.05 M ZnCl2+0.03 M citric acid;

(iii) 0.05 M ZnCl2+0.02 M citric acid.


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四、结果与讨论

ZnO棒状结构的 PL结果

(b) PL spectrum of the ZnO nanorods prepared in 0.25 M ZnCl2+0.1 M KCl +0.01 M citric acid.


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五、总结与展望

纳米ZnO因具有优良的光电性能是目前人们研究的热点。

通过电沉积方法可制备出具有新型纳米结构(如树枝状、棒状)ZnO。

PL研究表明:树枝状结构的ZnO具有很强的紫外发射而棒状结构的ZnO具有很强的绿光发射。


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五、总结与展望

沉积条件如浓度、添加剂、电位、电流、基体等对制备的ZnO的结构有很大的影响。可以通过改变这些参数得到具有不同结构的纳米ZnO。

电沉积方法具有简单、快速、经济和可控性等优点。


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五、总结与展望

目前我们希望通过电沉积制备出更多不同的结构的纳米ZnO,并在沉积过程中尝试掺入其他元素。


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五、总结与展望

Zn2+与Ce3+电沉积

0.02 MZn(NO3)2+0.01 MCe(NO3)3+0.1 MNH4NO3 ,-2 mA, 1 h, 90 ℃.

0.01 MZn(NO3)2+0.01 MCe(NO3)3+0.1 MNH4Cl+0.05 M葡萄糖, -2 mA, 1 h, 90 ℃.

0.01MZn(NO3)2+0.01MCe(NO3) +0.01MCH3COONH4 ,1 mA ,1.5 h, 70 ℃.

0.005 MZn(NO3)2+0.01 MCe(NO3)+0.05 M琥珀酸,-0.5 V, 2 h, 70 ℃.


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五、总结与展望

Zn2+与Tb3+电沉积

0.01 MZn(NO3)2+0.02 MTb(NO3)+0.05 MCH3COONH4 , -2 mA , 2.5 h, 70 ℃.

0.01 MZn(NO3)2+0.02 MTb(NO3)+0.01 MCH3COONH4 , -1 mA, 1.5 h, 70 ℃.

0.01 MZn(NO3)2+0.02 MTb(NO3)3+0.01 MCH3COONH4 , -0.5 mA , 1.5 h, 70 ℃.

0.01 MZn(NO3)2+0.02 MTb(NO3)3+0.2 MCH3COONH4, -2 mA, 2.5 h, 70 ℃.


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五、总结与展望

本研究工作已整理成文:

1. Electrochemical Growth and Control of ZnO Dendritic Structures 发表在Journal of Physical Chemistry, C

2. Electrochemical Preparation and characterization of Tb2O3正在整理之中


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致 谢

本实验是在导师们的悉心指导下完成的,在此衷心感谢李高仁老师在实验中给了我很多的思路和指点;感谢童叶翔教授一直以来的督促和指导;感谢实验室师兄们在平时实验中的帮助和支持,以及中山大学测试中心,中山大学化学与化学工程学院中心实验室的老师们。


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致 谢

本论文研究是在以下基金资助下完成的:

  • 国家自然科学基金

  • 广东省自然科学基金

  • 国家大学生创新计划

  • 中山大学青年教师启动基金


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部分参考文献:

(1) Wang, Z. L.; Song, J. H. Science2006, 312, 242.

(2) Yu, H. D.; Zhang, Z. P.; Han, M.Y.; Hao, X. T.; Zhu, F. R. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 2378-2379.

(3) Choi, K. S.; Lichtenegger, H. C.; Stucky, G. D. J. Am. Chem. Soc.2002, 124, 12402-12403.

(4) Lao, C. S.; Liu, J.; Gao, P.; Zhang, L.Y.; Avidovic, D.; Tummala, R.; Wang, Z. L. Nano Lett.2006, 263- 266.

(5) Sun, Y.; Fuge, G. M.; Fox, N. A.; Riley, D. J.; Ashfold, M. N. R. Adv. Mater.2005,17,2477-2481.

(6) Cao, H. L.; Qian, X. F.; Wang, C.; Ma, X. D.; Yin, J.; Zhu, Z. K. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 16024- 16025.

(7) MacLachlan, M. J.; Manners, I.; Ozin, G. A. Adv. Mater. 2000, 12, 675.

(8) Morales, A. M.; Lieber, C. M. Science1998, 279, 208.

(9) Huang, M. H.; Mao, S.; Feick, H.; Yan, H. Q.; Wu, Y. Y.; Kind, H.; Weber, E.; Russo, R.; Yang, P. D. Science2001, 292, 1897.

(10) Wang, D. W.; Dai, H. J. Angew. Chem.2002, 114, 4977;Angew. Chem. Int. Ed.2002, 41, 4783.

(11) Duan, X. F.; Lieber, C. M. Adv. Mater.2000, 12, 298.

(12) Huang, M. H.; Wu, Y. Y.; Feick, H.; Tran, N.; Weber, E.; Yang, P. D. Adv. Mater.2001, 13, 113.

(13) Pan, Z. W.; Dai, Z. R.; Ma, C.; Wang, Z. L. J. Am. Chem. Soc.2002, 124, 1817.

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(15) Wang, Y. W.; Zhang, L. D.; Liao, C. H.; Wang, G. Z.; Peng, S. S. Chem. Phys. Lett.2002, 357, 314.

(16) Li, G. R.; Tong, Y. X.; Liu, G. K. Kay, L.G. J. Phys. Chem. B2006, 110, 8965-8970.

(17) Liu, R.; Vertegel, A. A.; Bohannan, E. W.; Sorenson, T. A.; Switzer, J. A. Chem. Mater.2001, 13, 508- 512.


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谢谢!


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