【高分子材料与工程】【毕业设计】棒状氧化锌的“绿色”合成及性能表征

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1、（20届）本科毕业设计棒状氧化锌的“绿色”合成及性能表征III摘要：本论文利用有机高分子聚乙二醇（PEG）作为晶体生长改性剂，合成了自组装三维氧化锌超结构，并对其光学性能和光催化性能的影响因素进行了研究。主要研究内容如下：利用PEG(聚乙二醇，分子量4000)在尿素存在的条件下，辅助水热法合成了纳米片组装三维超结构的Zn5(CO3)2(OH)6前驱体，通过煅烧得到了形貌相似的ZnO纳米片组装三维超结构，并通过综合热分析(TG-DTA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-vis)对其进行了表征，并进一

2、步探讨了其形成机理。关键词：氧化锌；水热法；三维超结构；光学性质；光催化IIIAbstract:Inthisthesis，organicpolymersarcselectedascrystalmodifiertocontrolthesynthesisof3DZnOsuperstructures.Furthermore,theirassociatedopticalpropertiesandphotocatalyticactivityaredeeplyinvestigated.Themaintopicsaresummarizedasfollow:

3、thepolymericPEGwasselectedtocontrolthesynthesisandorganizationofZn5(CO3)2(OH)6nanoplatesinto3Dassembliesinthepresenceofureaunderhydrothermalconditions．Uponcalcinations，suchZn5(CO3)2(OH)6superstructuresarereadilyconvertedintomorphologicallyinvariantZnOcounterpartsconsistingo

4、fporousnanoplates.TG-DTA,SEM,XRDandUV-visareappliedtoanalyzetheproductsindetail．Moreover,theformationmechanismofsuchnovelsuperstructuresisalsoproposed．Keywords:ZnO;hydrothermalmethod;3Dsuperstructures;Opticalproperties;PhotocatalyticpropertiesIII目录1绪论11.1ZnO材料的结构特点11.2ZnO和纳

5、米ZnO的性质和应用21.3ZnO纳米结构的制备31.3.1气相法41.3.2液相法52实验部分72.1实验试剂72.2实验所用设备72.3实验内容72.4分析方法83结果与分析93.1结构和成分分析93.2TG-DSC综合热分析113.3SEM研究123.3光学性质133.4光催化性能143.5分等级组装结构的形成机理144结论16致谢17参考文献18III1绪论1.1ZnO材料的结构特点ZnO是直接带隙宽禁带半导体材料，有立方相的闪锌矿、立方岩盐矿和六方相的纤锌矿三种不同的晶体结构，室温下只有纤锌矿结构是热力学稳定结构。纤锌矿结构ZnO为

6、六方结构，晶格常数是：a=0.3296，c=0.520，c/a=1.60。在纤锌矿ZnO晶体中，锌(Zn)、氧(O)各自组成一个六方密堆结构的子格子，这两个子格子沿c轴平移0.385nm，形成复格子结构，每个Zn原子和最近邻的四个O原子构成一个四面体结构；同样，每个O原子和最近邻的四个原子也构成一个四面体结构。但是，每个离子周围都不是严格四面体对称的。在c轴方向上，Zn原子与O原子之间的距离为0.196nm，在其它三个方向上为0.198nm，c轴方向的最近邻原子间的间距要比与其它三个原子之间的间距稍微小一些。因此ZnO晶体是一种极性半导体。其

7、具体结构如图1.1所示。从图中可以看到，四配位的O2-和zn2+组成的交替平面沿着c-轴交替堆积。正是由于ZnO的这种四配位导致其具有非中心对称结构，从而使ZnO具有压电和热电特性。ZnO另一个很重要的性质是它具有极性表面。ZnO上下两个平面分别是由带正电荷的Zn-(0001)和带负电荷的O-(000-1)的表面。这种结构导致其形成标准磁偶极矩，使ZnO本身具有自发极化作用。图1.1纤锌矿结构的ZnO18ZnO之所以能够具有如此丰富的形态，从结构上说，主要是因为它有三种不同的快速生长方向：<2-1-10>±[2-1-10]，[-12-10]，

8、士[1-120])；<01-10>(±[01-10]，[10-10]，土[1-100])；和士[0001][104]。同时又由于ZnO本身具有的极性表面。因此可以通