试论纳米法合成多孔ZnO纳米材料及其气敏性能

论文导读：测试对ZHC前驱体和多孔ZnO进行了表征；探讨结果发现尿素(urea)和SDS浓度等反应参数决定了ZnO产品最终的形貌；基于实验结果的讨论,我们推测并提出了在SDS作为模板剂的反应系统中的多孔ZnO晶体的生长机理；气敏测试结果显示基于多孔ZnO材料气敏元件对正丁醇,异丙醇等较长烷基链的醇类气体体现出了更好的气敏性能。通过上面陈述的
摘要：近年来,通过一维和二维单元的构筑自组装形成的三维ZnO纳米材料引起了材料界的广泛关注。与传统的纳米材料相比,此类材料具有较大的比表面积和独特的多级结构,能够有效增大接触面积并推动质量传递历程的进行,以而显著提升了其在气敏传感器,锂离子电池,光催化,太阳能电池以及水处理等方面的运用前景。在本论文中,我们分别采取三嵌段高聚物(F127)和阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)为模板剂制备了具有不同形貌的三维花状ZnO纳米材料；通过对晶体形貌演变历程的考察,我们提出了一种表面活性剂-自组装转化机制；并探讨了所得材料的光学性能和气敏性能。主要探讨内容如下：第一部分,以非离子型三嵌段高聚物F127为模板剂,通过水热反应和热分解历程,得到了三维花状ZnO纳米材料。采取x-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、紫外-可见光光谱(UV)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重(TG)和氮气吸附-脱附等温线等测试对材料的结构和物性进行了详细表征；系统探讨了影响反应的一系列实验参数,包括水热反应时间、锌源、物料配比等。基于我们的探讨结果,我们提出了三维花状ZnO纳米材料的合成机理；更重要的是气敏测试结果表明：与传统的商用ZnO相比,基于我们多孔ZnO纳米结构所制备的气敏元件对正丁醇体现出更好的灵敏度及选择性能,这可能与其独特的三维多孔结构和较大的比表面积有关。第二部分,以十二烷基硫酸钠(SDS)为模板剂,在水热反应条件下合成了分层状ZHC前驱体,热分解得到三维多孔ZnO纳米材料；采取x-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试对ZHC前驱体和多孔ZnO进行了表征；探讨结果发现尿素(urea)和SDS浓度等反应参数决定了ZnO产品最终的形貌；基于实验结果的讨论,我们推测并提出了在SDS作为模板剂的反应系统中的多孔ZnO晶体的生长机理；气敏测试结果显示基于多孔ZnO材料气敏元件对正丁醇,异丙醇等较长烷基链的醇类气体体现出了更好的气敏性能。通过上面陈述的工作,我们对模板法制备具有多级孔道结构的ZnO纳米材料的合成历程、影响因素及其相关的气敏性能和光学性能等,有了进一步的了解和认识,并明确了下一步的探讨方向。关键词：ZnO论文多级纳米结构论文模板法论文水热法论文气敏性能论文
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ABSTRACT7-12
第一章 绪论12-29

1.1 ZnO概述12-13

1.1 ZnO的基本性质12-13

1.2 ZnO纳米材料的制备策略概述13-21

1.2.1 化学气相沉积法13-15

1.2.2 电化学沉积法15

1.2.3 微波法15-16

1.2.4 溶剂热法16-17

1.2.5 模板法17-21

1.2.5.1 硬模板合成法17-19

1.2.5.2 软模板合成法19-21

1.3 ZnO纳米材料的运用探讨进展21-25

1.3.1 气敏传感器21

1.3.2 光催化剂21-23

1.3.3 锂离子电池23-24

1.3.4 染料敏化电池24-25

1.4 ZnO纳米材料的气敏性能探讨概述25-27

1.4.1 ZnO气敏传感器的探讨进展25-26

1.4.2 ZnO气敏传感器的敏感机理26-27

1.5 本课题的选题背景及探讨内容27-29

1.5.1 选题背景27-28

1.5.2 探讨内容28-29

第二章 自组装制备具有多级结构的ZnO纳米材料及其气敏性能探讨29-49

2.1 引言29-30

2.2 实验仪器和策略30-34

2.1 所用仪器和试剂30-31

2.2 材料的合成与表征31-33

2.1 F127模板法合成多孔ZnO纳米材料31-32

2.2 材料常用的表征手段32-33

2.3 气敏元件制备及气敏性能测试33-34

2.3.1 气敏元件制备33

2.3.2 气敏性能的测试历程33-34

2.3 结果与讨论34-48

2.3.1 结构与形貌34-38

2.3.2 不同实验条件对ZnO生长及形貌的影响38-42

2.3.1 水热反应时间对ZnO生长及形貌的影响38-39

2.3.2 锌盐对ZnO生长及形貌的影论文导读：

响39-40
2.3.2.3 CO(NH_2)_2/Zn(NO_3)_2的摩尔比率对ZnO生长及形貌的影响40-41

2.3.4 表面活性剂F127对ZnO生长及形貌的影响41-42

2.3.3 生长机理42-44

2.3.4 气敏特性测试结果与浅析44-47

2.3.5 气敏机理47-48

2.4 本章小结48-49

第三章 SDS模板法导向的多孔ZnO纳米材料的制备及其气敏性能探讨49-62

3.1 引言49-50

3.2 实验仪器和策略50-51

3.

2.1 所用仪器和试剂50-51

3.

2.2 材料的合成与表征51

3.

2.1 SDS模板法合成多孔ZnO纳米材料51

3.

2.2 材料的表征51

3.

2.3 气敏元件制备及气敏性能测试51

3.3 结果与讨论51-61

3.1 结构与形貌51-55

3.2 不同实验条件对ZnO生长及形貌的影响55-58

3.3.

2.1 CO(NH_2)_2的加入量对ZnO形貌的影响55-56

3.3.

2.2 表面活性剂SDS加入量对ZnO形貌的影响56-57

3.3.

2.3 反应溶剂对ZnO形貌的影响57-58

3.3.3 生长机理58-59

3.4 光学性能测试59

3.5 气敏特性测试结果与浅析59-61

3.4 本章小结61-62

第四章 结论与展望62-64

4.1 结论62

4.2 探讨展望62-64

参考文献64-72
作者攻读硕士学位期间公开发表的学术论文、专利72-73
致谢73