MoS_(2)/ZnO异质结纳米材料降解亚甲基蓝的光催化性能研究

为了提高ZnO的光转换效率,选用带隙较低的MoS_(2)形成异质结提高ZnO的光催化性能。通过水热法制备ZnO纳米棒,并进一步制备MoS_(2)/ZnO异质结构的纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、固体紫外可见漫反射测试仪(UV-Vis)和紫外可见分光光度计(UV-245)等分析方法对样品的形貌、结构及光学性能等进行表征。结果表明,MoS_(2)/ZnO异质结复合材料呈棒状结构,并由于内建电场存在可有效增强光生载流子的分离效率,进而提高了可见光区的吸收,提高了光催化性能。在模拟太阳光(包含紫外波段)下,60 min时MoS_(2)-15/ZnO纳米复合材料对亚甲基蓝的降解率可达99%,比纯ZnO的降解率提高了10%。

ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

Au负载的Co掺杂ZnO分级微球制备及其丙酮气敏性能研究

采用一步水热法制备了Au负载的Co掺杂ZnO分级微球,对其形貌和结构进行了表征分析,研究了Au负载和Co掺杂对ZnO分级微球气敏性能的影响。结果表明,对于100×10^(-6)丙酮,Au负载的Co掺杂ZnO分级微球比单纯的ZnO分级微球具有更低的最佳工作温度(160℃)和更高的响应度(232),且具有较快的响应恢复速度以及较好的气体选择性。进一步对Au负载和Co掺杂的气敏增强机理进行了讨论。

ZnO/ZnSe复合材料的制备、 表征及催化特性

对传统的两步水合热法进行改进,采用更加经济、安全、简便的方法在室温下合成ZnO/ZnSe核壳结构。调节原料比例,实验温度,优化了制备ZnO/ZnSe核壳结构的最佳生长与修饰条件,使其具有良好的分散性,时间稳定性,良好的发光特性。研究采用醋酸锌作为锌源,硒粉作为硒源,通过调整原料比例以及实验温度制备出球形核壳结构的ZnO/ZnSe复合材料,用透射电子显微镜(TEM),X射线粉末衍射仪(XRD),紫外可见分光光度计(UV-Vis),光致发光光谱(PL),X射线光电子能谱(XPS)对晶体结构进行了表征,同时对光催化性能进行了研究。结果表明,改变实验条件,原料比例为Zn∶Se=1.6∶1,温度为80℃时生成的ZnO/ZnSe核壳结构对甲基橙溶液有较好的吸光效果。ZnSe过厚的壳层生长会阻碍复合材料对甲基橙的降解效率。实验数据结合理论分析得到了实验最佳条件。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

单层Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂的制备及对盐酸四环素的降解应用

采用二甲基亚砜(DMSO)插层法制备单层Ti_(3)C_(2)T_(x),并用共沉淀法合成了高催化活性的Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段进行表征。结果表明:ZnO与Ti_(3)C_(2)T_(x)复合后,其光催化性能得到了明显提升,当Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO复合比例为16%时,其具有最佳的降解效果,在可见光照射2h下对盐酸四环素(TCH)降解率可达91.36%。光催化活性的提高主要由于Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO表面形成的肖特基势垒有效地抑制了电子空穴的复合,提高了光催化效率。

磁性载体MBBR系统对纳米ZnO颗粒的胁迫响应

为探究磁性载体移动床生物膜反应器(MBBR)系统对不同浓度纳米ZnO胁迫的响应,构建2组MBBR开展纳米ZnO胁迫实验,通过对比普通与磁性载体MBBR中COD、NH_(4)^(+)-N去除性能、生物膜形貌、微生物群落及功能基因,分析磁性载体对纳米ZnO胁迫下MBBR中污染物去除性能及微生物的影响.结果表明:低浓度(5,10mg/L)纳米ZnO对COD、NH_(4)^(+)-N去除无显著影响;高浓度(30,50mg/L)纳米ZnO胁迫后,磁性载体MBBR的NH_(4)^(+)-N去除率分别降低10.57%和12.91%,低于普通载体的14.48%和16.94%.相比于NH_(4)^(+)-N,纳米ZnO胁迫对COD去除影响较小.此外,高浓度(30,50mg/L)纳米ZnO胁迫导致更多纳米ZnO颗粒团聚并吸附于磁性载体生物膜表面,继而改变了生物膜群落结构.在10mg/L的纳米ZnO胁迫下,磁性与普通载体生物膜中微单胞菌属(Micropruina)的相对丰度均有所提高,对该菌属生长起到促进作用.50mg/L纳米ZnO对Micropruina的生长产生明显的抑制,普通及磁性载体生物膜中其相对丰度分别降至0.20%和1.28%.KEGG代谢通路预测表明,高浓度的纳米ZnO改善了细胞膜转运蛋白和细胞活性等功能,降低了碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素代谢、异种生物降解与代谢的功能.在纳米ZnO胁迫下,磁性载体较普通载体表现出更好的污染物去除性能,削弱了纳米ZnO对微生物的胁迫效应.

原子层沉积法制备鸡蛋清栅介质ZnO-TFT及其性能研究

采用原子层沉积法(ALD),以天然鸡蛋清作为栅介质制备双电层氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT),并对其电性能进行测试与分析,研究了该器件在栅偏压应力条件下和空气环境下电学性能的稳定性。结果表明,氧化锌薄膜晶体管电特性表现良好,阈值电压为0.73 V,载流子饱和迁移率为9.95 cm^(2)/(V·s),开关电流比为1.8×10^(4),亚阈值摆幅为0.33 V/decade,工作电压可低至3.0 V。研究还发现,在正栅偏压应力作用下或在空气环境下器件的电性能皆呈现出不稳定性。栅偏压应力不稳定性主要与栅介质层界面处正电荷集聚及新缺陷态的产生有关;干燥空气环境下电性能的退化可解释为沟道有源层吸附空气中的氧气导致沟道层中载流子有所消耗,以及鸡蛋清电解质被氧化而引起双电层效应的退化。

Eu掺杂ZnO多孔片状材料的制备及其降解印刷染料RhB

采用常温络合-水解法构筑Eu掺杂Zn O多孔片状材料。通过SEM、TEM、XRD、EDS等表征手段证明稀土元素Eu成功掺杂到Zn O之中,Eu-Zn O的形貌为多孔片状结构。研究了Eu-Zn O多孔片状材料对染料的光催化性能。结果表明:该材料对Rh B具有较好的降解效率,降解效率高达99.2%,循环稳定性能高达98.3%,远大于商用Zn O的76.2%的降解效率和82.3%的循环稳定性能,由以上数据说明Eu-Zn O具有很好的光催化降解效率和循环稳定性能。其优异的光催化性能归因于稀土元素Eu掺杂和多孔片状结构。

ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的制备及压电特性

采用静电纺丝技术,通过两步低温水热法制备了ZnO@聚丙烯腈(PAN)柔性复合纳米纤维膜。研究了静电纺丝电压和滚筒转速对ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜压电和铁电性能的影响。研究结果表明,当静电纺丝电压为20 kV、滚筒速度为1000 r/min时,ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的输出性能达到最佳,输出开路电压可达到5.5 V,短路电流可达到0.61μA,剩余极化强度可达到0.43μC/cm^(2)。在外部负载电阻为13 MΩ时,柔性复合纳米纤维膜达到最大输出功率0.63μW。经过5000次循环敲击测试,所制备的ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜输出性能保持稳定。通过ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜可实时监测握力器微握、半握、全握三种不同的状态,在自供电柔性压力传感器领域有着广阔的应用前景。

ZnO的绿色合成及光催化降解模拟废水研究

以甘露醇为模板剂,通过绿色合成途径,分别采用化学沉淀法和水热合成法制备ZnO。使用X-射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征,用亚甲基蓝模拟工业废水中的有机污染物,对ZnO样品光催化降解模拟废水的性能进行研究。实验结果表明,2种方法合成的样品均为分散程度较好的六方纤锌矿结构,ZnO样品微粒尺寸随甘露醇用量的增加而减小。通过化学沉淀法得到的ZnO样品表面呈蚕蛹状且内部中空,通过水热合成法得到的ZnO样品呈牡丹花状。以甘露醇为模板制得的ZnO样品均能有效降解亚甲基蓝,催化降解反应符合准一级反应动力学特征。

ZnO微米棒基质中铕离子的偏振敏感发光特性

针对基质晶格各向异性对稀土离子偏振发光特性的影响,采用水热法制备了ZnO微米棒及铕掺杂ZnO微米棒。对照研究发现,掺杂后的样品长径比增加,形貌由哑铃型转变为直微米棒。光学性质分析表明,385 nm处的束缚激子发光使得ZnO微米棒的紫外发光呈明显不对称线形,550 nm处观测到一个较弱的可见区发光。掺杂铕离子后,可见区域发光明显增强。对于Eu^(3+)离子掺杂ZnO微米棒,532 nm激发下可观测到窄半峰宽的Eu^(3+)离子特征发光峰。调节入射激发光的偏振方向时,Eu^(3+)离子发光峰强度随偏振光角度呈周期性变化,且发光偏振度随掺杂浓度的增加而增大。结果表明,借助ZnO微米棒基质晶格可获得对激发光偏振敏感的铕离子发光。掺杂ZnO微米棒能够将低维ZnO材料的紫外光吸收性能与稀土离子优异的可见发光特性进行整合,使其在偏振光谱探测等领域具有重要的应用价值。

不同种类微塑料与纳米ZnO对锦鲫复合生物效应

为探究微塑料(MPs)种类对其与颗粒态污染物复合效应影响,选取1 mg/L相同粒径(500 nm)球状聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)MPs和纳米ZnO为目标污染物,以锦鲫(Carassius auratus)为受试生物,进行材料表征、水合粒径、Zeta电位、Zn^(2+)释放、Zn在锦鲫体内累积分布及锦鲫肝脏氧化损伤测定,探究MPs与纳米ZnO复合前后赋存状态及生物效应。结果表明:MPs表面元素含量和比例不同,主要为C和O。PMMA MPs单一与复合溶液体系不稳定,颗粒水合粒径最大。纳米ZnO溶液Zeta电位绝对值最小,颗粒物更易团聚,与MPs复合后Zeta电位绝对值显著增大,溶液稳定性增强。MPs复合促进纳米ZnO释放Zn^(2+),PS MPs复合体系中Zn^(2+)含量最高,锦鲫的眼部、鳃部、鱼肉中Zn富集相应增加。复合暴露增强对锦鲫氧化损伤。PS MPs分子极性大、表面静电作用强、体系稳定性差,与纳米ZnO复合易促进Zn^(2+)释放、增强复合毒性效应。

ZnO压敏电阻微观结构参数与宏观电气性能的关联机制

ZnO压敏电阻是金属氧化物避雷器的核心部件,在抑制电力系统过电压方面发挥了重要的作用。随着特高压输电技术的发展,对ZnO压敏电阻的残压、通流容量等电气特性提出了更高的要求。该文从材料计算的角度出发,以基于Voronoi模型的ZnO压敏电阻优化计算模型为基础,计算研究了晶粒尺寸、尺寸不均匀度、晶粒电阻率等微观结构参数与多种宏观电气性能之间的关联机制,将多变量、多目标的最优化问题,极大地简化为仅包含三类优化变量、两类优化目标的最优化问题,并制定出具有针对性的优化策略和步骤,为ZnO压敏电阻性能的改进提供了重要理论依据,对高性能避雷器的设计制造具有重要意义。

木质素改性ZnO/CeO_(2)异质结的紫外屏蔽性能研究

ZnO具有强紫外吸收能力,同时具有较高的光催化性能,因此限制了其在紫外屏蔽领域的应用。为探究ZnO在紫外屏蔽领域应用的可能性,使用VASP软件构建纳米ZnO/CeO_(2)异质结,并对其进行了电子性能和光学性能的模拟计算;用木质素和纳米ZnO/CeO_(2)异质结,制备了木质素改性的纳米ZnO/CeO_(2)异质结;通过FT-IR、XRD、SEM、UV-Vis-DRS等手段对样品进行表征,并以亚甲基蓝为保护对象对样品的紫外屏蔽性能进行了考察。结果表明,木质素改性的纳米ZnO/CeO_(2)异质结在280~420 nm处的光吸收性能优于同等条件下合成的改性前ZnO/CeO_(2)异质结;当紫外光照射70 min时,木质素改性的纳米ZnO/CeO_(2)异质结的亚甲基蓝保留率为77.92%,表明所合成的样品是具有高紫外屏蔽性能、低光催化活性的紫外屏蔽材料。

助剂对ZnO/ZrO_(2)物化性质及催化性能的影响

CO_(2)加氢制甲醇是实现碳中和目标的有效途径。尽管已报道的ZnO/ZrO_(2)催化剂具有高活性和稳定性,但其催化性能仍有望进一步提高。采用浸渍法制备得到一系列不同元素掺杂的Ma-ZnO_(x)/ZrO_(2)催化剂,并通过评价发现只有Ga促进了ZnO/ZrO_(2)催化剂催化CO_(2)加氢制甲醇。其中,5%Ga-ZnO_(x)/ZrO_(2)催化剂表现出优异的催化性能,在反应条件:P=3 MPa、T=320℃、V(H_(2))∶V(CO_(2))=4∶1、气体质量空速(WHSV)=24 000 mL/(g·h)时CO_(2)转化率为7.2%,甲醇选择性为81.0%,甲醇时空产率可达410 mg/(g·h),是ZnO/ZrO_(2)的1.26倍,且在反应100 h内催化性能无明显衰减。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)表征发现,适量Ga助剂的掺入可以促进催化剂中氧空位的形成。H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、CO_(2)/H_(2)程序升温脱附(CO_(2)/H_(2)-TPD)结果表明,Ga助剂的掺入增强了ZnO/ZrO_(2)催化剂活性位点的活性,Ga-ZnO_(x)/ZrO_(2)催化剂表现出更强的CO_(2)和H_(2)吸附活化能力。原位漫反射傅里叶变换红外(in situ DRIFTS)结果表明,各催化剂合成甲醇均遵循甲酸盐-甲氧基路径,Ga助剂的掺入促进了甲醇中间体的形成,并且更有利于HCOO*物种向CH3O*物种的转化,从而提高甲醇产率。

电化学沉积法制备ZnO厚膜工艺研究

X射线具有较高的光子能量,这使得其在ZnO材料中具有大的穿透深度,因此为了更有效地探测X射线,需要制备出微米甚至百微米厚度的ZnO膜。本文采用电化学沉积法快速制备14.85μm厚的ZnO膜。实验结果表明,沉积电势和电极材料会显著影响ZnO膜的沉积速率与表面形貌。随着沉积电势的升高,ZnO形貌由六角柱状结构变为片状结构,当电势过大时会有大量氢气生成,导致薄膜孔洞增加而无法成膜。使用金属Pt为阳极电极时,溶液会逐渐酸化,导致ZnO在沉积的同时也会溶解,当二者速率相一致时,ZnO膜厚便不再增加,因此不适合生长ZnO厚膜。而使用金属Zn为阳极电极时,溶液的pH值基本保持不变,更适合生长ZnO厚膜。使用金属Zn作为阳极电极,沉积电势为0.65 V,电解液浓度为0.4 mol/L时,实现了1 h生长14.85μm的ZnO厚膜。在5 V偏压下,基于ZnO厚膜的探测器对加速电压为40 kV的X射线的响应度可达66.8μC·Gy^(-1)·cm^(-2)。

双层结构对ZnO TFT稳定性的影响

室温下采用射频磁控溅射方法在SiO_(2)/Si衬底上沉积了单层ZnO薄膜和高氧/低氧双层ZnO薄膜,采用电子束蒸发设备蒸镀Al电极,制备单沟道ZnO TFTs和双层沟道ZnO TFTs。比较两种结构ZnO TFTs的各种性能参数,分析双层结构对TFTs产生的影响。实验结果表明,底部高含氧量ZnO层和顶部低含氧量ZnO层构成了DAL同质结且高氧/低氧薄膜存在载流子浓度产差,利用载流子从高浓度向低浓度扩散的性质,可以填补栅介电层和沟道层之间的界面态缺陷,使器件界面类受主陷阱减少,有效降低TFTs的滞回现象。与单有源层TFTs相比,双沟道层TFTs还具有电学调制作用,其电学性能和稳定性均有明显的提高,得到最佳TFTs的开/关电流比达到3.44×10^(9),亚阈值摆幅为0.68 V/dec,阈值电压偏移为1.2 V。

Mn^(2+)调控制备ZnO、ZnMn-LDHs及其对磷酸盐的吸附研究

含磷废水的大量排放使水体富营养化,最终导致区域水质恶化。为有效去除水中的磷酸盐,以硝酸锌、硝酸锰为原料,三乙醇胺/水为溶剂体系,采用水热法合成ZnO和层状锌锰氢氧化物(ZnMn-LDHs)纳米吸附材料,利用SEM、XRD、Zeta电位仪、FT-IR对纳米材料进行表征,并考察了纳米吸附材料对磷酸盐的去除性能。结果表明:n_(Zn)∶n_(Mn)是影响ZnMn-LDHs向ZnO纳米材料转变的主要因素;ZnO和ZnMn-LDHs对磷酸根的吸附均符合Freundlich等温吸附模型及准二级动力学模型;相同条件下,ZnMn-LDHs对磷酸根的吸附性能优于ZnO;通过0.01 mol/L的NaOH脱附可实现材料的再生,6次循环利用后,ZnO和ZnMn-LDHs对磷酸根的去除率仍可达80%以上。

ZnO:Na纳米晶室温表面光电压气敏机理的研究

采用简单溶胶凝胶法在溅射有Au/Ti叉指电极的PET柔性基底上制备出不同Na掺杂浓度的ZnO纳米晶。通过对样品的微结构和光学性质表征,探究光辅助室温NO_(2)气敏机理与表面光电压之间的联系。X射线衍射(XRD)结果显示所有样品均为六方纤锌矿结构,Na的掺杂并没有出现Na及其氧化物的衍射峰。室温气敏测试结果显示Na掺杂ZnO纳米晶具有优良的室温气敏性能,能够检测到0.94 mg/m^(3)浓度的NO_(2),相对于纯ZnO纳米晶体气敏响应明显提高。表面光电压谱(SPV)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)实验结果表明掺杂ZnO样品的室温气敏性可能与其表面缺陷含量和缺陷能级有关。Na掺杂能够显著增强光生电荷的分离,同时也引入了更多的氧空位(Vo)和活性位点,促进了NO_(2)气体与表面吸附电离氧缺陷的反应。另外光学带隙的蓝移和新产生的缺陷能级也进一步提高了对NO_(2)气体的灵敏度。