CdS量子点敏化的ZnO纳米片-纳米棒制备及其应用研究

本文采用三电极体系,利用电化学沉积技术,以导电玻璃(ITO)为基底制备多孔ZnO纳米片。然后以ZnO纳米片作为"种子层",选取0.005mol/L六次甲基四胺和Zn(NO_3)_6混合液为前驱液,采用低温水热法二次生长ZnO纳米棒阵列,两步法制备得到具有大比表面积的ZnO纳米片-纳米棒复合结构。在室温条件下,通过连续离子层吸附与反应法(SILAR)制备CdS量子点,得到CdS/ZnO纳米片-纳米棒复合电极,此电极具有较高电致发光强度。利用多巴胺(DA)对所制备电极电致发光具有猝灭作用,可用于DA的检测。研究表明此电极对DA检测具有高的灵敏度,DA检测的线性范围为0.01～50μmol/L,检测限为0.01μmol/L,具有一定的实际应用价值。

Pt NPs增强ZnO@ZnS核-壳异质纳米棒光催化产氢性能研究

采用原位光沉积方法将铂纳米颗粒(Pt NPs)负载在核-壳异质纳米棒ZnO@ZnS表面,制备出ZnO@ZnS/Pt复合光催化剂。调控Pt NPs在ZnO@ZnS表面的负载量,探究了不同质量的Pt NPs对光催化产氢气性能的影响。结果表明,当贵金属Pt的负载量为2%(ZnO@ZnS/Pt-2)时,复合光催化产H_(2)性能最好,产氢速率为4.52 mmol/(g·h),是ZnO@ZnS的1.8倍,催化剂表现出优异的催化稳定性。在此复合材料中,贵金属Pt纳米颗粒作为助催化剂,Pt对H~+具有较低的吸附能,优先吸附H~+,光生电子转移到Pt纳米粒子表面,H^(+)在其表面得到光生电子,被还原为氢气,成功地抑制了光生电子和空穴的复合,有效地提升了催化剂的催化性能。

基于液滴反应器的图案化ZnO纳米棒阵列的合成和荧光检测性能

设计并制备了一种低成本的液滴反应器,通过半开放的微孔捕获液滴在衬底上合成图案化ZnO纳米材料。探究了不同液滴更新间隔时间合成的ZnO纳米棒形貌和尺寸的变化规律以及液滴蒸发过程中随着接触角的变化液滴内部流速的变化。利用扫描电子显微镜(SEM)对ZnO纳米棒的形貌进行表征。结果表明,ZnO纳米棒形貌在不同的液滴更新间隔时间下出现明显变化,当更新间隔时间为1~2min时(在液滴体积减小到20%前更新),纳米棒具有最大长径比。此外,以ZnO纳米棒为基底对羊抗牛免疫球蛋白G进行了检测,探究在不同的合成条件下制备的ZnO纳米棒阵列的荧光检测性能。结果表明,基于液滴反应器的合成方法有利于图案化ZnO纳米棒阵列的生长,为便捷、快速的高通量原位检测提供了新思路。

基于ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池研究

在钙钛矿太阳电池中利用水热法制备ZnO纳米棒阵列时,TiO_(2)薄膜一般是制备ZnO种子层以及后续生长ZnO纳米棒阵列的基础。因此TiO_(2)薄膜的致密和平滑程度对ZnO纳米棒阵列的生长及相应太阳电池的光伏性能有重要影响。本文通过使用水解-热解法以NbCl5为铌源在FTO导电基底上制备了Nb掺杂的TiO_(2)致密层,有效提升了TiO_(2)薄膜的致密程度,并在此基础上通过水热法成功沉积生长了具有不同长度、直径和面密度的ZnO纳米棒阵列。通过两步连续沉积法在所得ZnO纳米棒阵列上制备了摩尔比为CH3NH3I/CH3NH3Br=85/15的CH3NH3PbI3-xBrx钙钛矿薄膜。使用spiro–OMeTAD作为空穴传输层,组装了基于Nb掺杂TiO_(2)致密层的ZnO纳米棒阵列钙钛矿太阳电池,在相对湿度55%的空气中获得了13.97%的光电转换效率。

基于ZnO纳米片层与PDMS的高性能摩擦电纳米发电机

随着工业化进程的推进,绿色能源的可持续性挑战日益显著,成为全球关注的焦点。在这一背景下,摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)作为一种新兴的能量采集技术,引起了学术界的广泛关注。研究者们相继开发了多种TENG变体,其中,以压电材料作为电极的压电摩擦纳米发电机(Piezoelectric Triboelectric Nanogenerator,P-TENG)展现出卓越的输出功率,性能提升显著。文中进一步探讨了压电材料对TENG输出性能的影响,对使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)包裹压电界面ZnO纳米片作为正极材料的P-TENG进行实验。与仅使用纯净PDMS作为正极材料的TENG相比,实验最高输出电压提升约220 V,进一步验证了ZnO纳米片具有提升TENG输出性能的作用。在80 N的作用力下,使用电化学沉积ZnO纳米片的TENG器件的输出电压约为800 V,电流密度约为14μA/cm^(2),电荷密度约为219μC/m^(2)。

Au修饰ZnO纳米棒的制备及紫外探测性能研究

采用磁控溅射技术和水热法制备金(Au)纳米颗粒修饰的氧化锌(ZnO)纳米棒材料。利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和荧光光谱仪等测试设备对不同溅射功率下的Au纳米颗粒修饰的ZnO纳米棒进行了表征分析。实验结果表明,不同溅射功率下的ZnO纳米棒均呈六方纤锌矿结构,沿晶面(002)择优生长,具有较高的结晶度;修饰后ZnO纳米棒表面附着Au纳米颗粒,能有效增强其紫外光激发强度;当射频溅射功率为80 W时,ZnO纳米棒表现出最佳的紫外探测性能,相比于未修饰的ZnO纳米棒,Au纳米颗粒能抑制ZnO纳米棒的持续光电导(PPC)效应,其紫外探测的响应/恢复时间分别降低了6.05和4.54 s,光暗电流比由9.31提升至32.40,光响应度达到1.94A/W,显著增强了ZnO纳米棒紫外探测的能力。

制备周期有序ZnO纳米棒阵列的影响因素研究

为研究ZnO纳米棒阵列的影响因素,通过聚苯乙烯(polystyrene,PS)纳米球刻蚀法及随后水热生长,在GaN衬底上制备周期有序的ZnO纳米棒阵列。通过选取不同尺寸的PS纳米球、反应离子刻蚀(RIE)的时长、生长温度和前驱体溶液浓度等条件,制备出具有不同周期性、不同形貌的ZnO纳米棒阵列,并通过XRD进行表征。研究结果表明:制备的ZnO纳米棒具有良好的结晶质量且沿着[0001]晶向优先生长。该研究调控了周期有序ZnO纳米棒阵列生长的影响因素,为制备半导体材料有序纳米阵列提供了一种低成本的方法。

TiO_(2)包覆ZnO纳米棒的制备及其光电性能研究

文章通过引入钛酸四异丙酯的异丙醇溶液、钛酸四正丁酯的异丙醇溶液和二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯的正丁醇溶液三种不同源溶液作为Ti源,在氧化锌纳米棒(ZnO NRs)上包覆TiO_(2)颗粒,旨在提高ZnO NRs对钙钛矿的有效俘获,同时抑制载流子传输过程中的复合,探究了TiO_(2)包覆对ZnO NRs形貌及电池光电性能的影响。由实验可知,经过40 mM钛酸四异丙酯的异丙醇溶液对ZnO NRs表面改性20 min时光电转换效率(PCE)达到15.20%。此时,开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)分别为1.02 V、22.13 mA/cm^(2)和0.67。

TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构的制备及光电性能

采用两步水热法在无种子层的基础上制备了新颖的TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构。采用旋涂辅助连续离子反应方法分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构中沉积窄禁带半导体光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO分级纳米结构复合膜。利用SEM、TEM、XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等分析手段对样品的形貌结构以及电极的光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,沉积光敏层CdS后,TiO2纳米棒-ZnO纳米片分级纳米结构膜的瞬态光电流明显高于TiO_2纳米棒阵列膜,尤其是在500nm处光电响应出现明显增强;以P3HT为p型聚合物材料组装杂化太阳电池,光伏性能测试结果表明,以P3HT/CdS/TiO_2-ZnO分级结构复合膜制备的杂化太阳电池能量转换效率可达0.65%,与P3HT/CdS/TiO2复合膜制备的杂化太阳电池的能量转换效率相比提高了58%。

热载流子多结太阳能电池CdSe/CdS核壳量子点和纳米片的声子瓶颈效应机理

热载流子多结太阳能电池(HCMJSC)是热载流子及叠层电池概念相结合而提出的一种较有前景的第三代太阳能电池之一,其理论效率在一个标准太阳条件(即1000 W/m 2,25℃)下将高于65%,远高于32%的单节硅基电池极限效率。该型电池主要包括一个宽带隙的顶结薄膜和一个适中带隙的厚底结基底,以分别高效吸收利用高能和低能光子。其广泛应用于光电器件的宽带隙CdSe/CdS低维材料体系(如量子点、纳米片等)有望成为顶结薄膜的合适候选材料。然而,该材料体系中的声子瓶颈效应(PBE)机理目前尚不明晰。文章主要研究了CdSe/CdS核壳量子点(QDs)和纳米片(NPLs)中的PBE机理;通过稳态光致发光(SSPL)和皮秒时间分辨尺度光致发光(ps-TRPL)技术,计算该材料体系的热弛豫系数(Q th),从而定量分析激发载流子的弛豫速率,同时阐述了PBE和量子点中常见的俄歇复合之间的耦合关系,最终系统研究了QDs和NPLs中载流子弛豫过程机理,提出HCMJSC的发展路径和建议。

面向可穿戴生理传感应用的氧化锌纳米棒阵列修饰蚕丝

蚕丝是天然蛋白质纤维,具有光滑、亲肤、机械强度高等优点,作为纺织纤维在我国已有数千年的使用历史。随着智能时代的到来,织物电子研究逐渐兴起,但是蚕丝纤维在智能可穿戴应用领域的研究还非常有限。该文提出了一种在单根蚕丝纤维表面原位修饰氧化锌(ZnO)纳米棒阵列的低成本方法,成功制备了基于单根蚕丝纤维的ZnO纳米棒阵列。研究表明,ZnO纳米棒致密且均匀地垂直排列于蚕丝表面,其直径为100~200 nm,长度约为2μm,其晶型为六方纤锌矿结构。结合ZnO纳米棒的压电性质,构建了基于ZnO纳米棒阵列修饰单根蚕丝的压电传感器。该传感器可有效地将机械能转换为电能,可对手指的敲击、按压、弯曲动作实时响应,将其固定于腹部或体表心脏部位可对人体呼吸、心跳等生理数据进行监测。此外,该传感器还可分辨木琴敲击过程中音调和音阶的变化。该文所构建的蚕丝基压电传感器在人体动作、生理参数实时监测方面展示了极大潜力,有望拓展蚕丝在可穿戴织物器件和智能传感领域的实际应用。

MoS_(2)纳米片功能化PAN锂金属电池隔膜的制备及锂枝晶抑制作用

引导锂离子流的均匀分布可以有效抑制锂枝晶的形成-生长,推动锂金属电池的产业化应用.本文采用化学插层法制备出单层或少层、结构完整的MoS_(2)纳米片,将二维MoS_(2)纳米片喷涂到静电纺聚丙烯腈(PAN)纤维膜上,制得MoS_(2)@PAN复合隔膜.MoS_(2)涂层的引入不仅提高了离子电导率(1.02 mS/cm)、Li+迁移数(0.59)和电解液亲和性,而且降低了复合隔膜的孔径,使其孔径分布均一.这些特性协同作用,调控了通过MoS_(2)@PAN复合隔膜的Li+流分布,促进了Li+在锂金属表面的均匀沉积,抑制了锂枝晶的形成-生长.因此,MoS_(2)@PAN复合隔膜组装的Li/Li电池在1 mA/cm^(2)电流密度下以14 mV的超低过电位可稳定循环长达500 h,循环后的锂金属表面没有明显的枝晶生长.此外,MoS_(2)@PAN复合隔膜组装的LiFePO_(4)/Li电池在2C倍率下循环550次后保持92%的初始容量,表现出更稳定的循环性能.通过隔膜调节Li+通量实现了锂的均匀沉积,为抑制锂枝晶的形成-生长提供了一种可行的策略.

纳米棒状MgO固相萃取结合高效液相色谱荧光法测定食用油中的苯并[a]芘

采用直接沉淀法合成了一种纳米棒状Mg O吸附剂,结合固相萃取-高效液相色谱荧光检测(SPE-HPLC/FLD)建立了食用油中苯并[a]芘(Ba P)的快速分析方法。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积和孔径分析仪(BET)对合成的棒状Mg O进行了表征,结果表明Mg O纳米材料是多晶立方结构,呈棒状形貌,具有较大的比表面积,非常适合作为SPE的吸附剂。对SPE过程中吸附剂用量、清洗液种类、解吸液种类及用量、上样液体积进行了详细的优化。在优化的条件下,食用油中Ba P在0.5~20.0μg/kg浓度范围内,线性方程回归系数的平方(R^(2))为0.9999,以信噪比的3倍和10倍计算方法检出限和定量限分别为0.10μg/kg和0.33μg/kg。同时,Ba P在低、中、高3种加标浓度下回收率在85.3%~96.5%,日内日间相对标准偏差范围在2.3%~9.0%,表明本方法具有很好的准确度和精密度。最后,将该方法应用于8种实际油样中Ba P的分析,所有样品的回收率在77.8%~92.5%之间,相对标准偏差小于9.8%,表明该方法具有很好的适用性,在实际样品分析中具有很好的应用前景。

锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的制备及其在钙钛矿太阳电池中的应用

在钙钛矿太阳电池中,定向生长的TiO_(2)纳米棒阵列具有可控的排列结构,能够为电子的传输提供有序的径向传输通道,从而改善电子在界面间的分离与传输。本文通过水热法成功制备了长度为400 nm、直径为65 nm、面密度为160μ·m^(-2)的锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列,使用摩尔比n(CH_(3)NH_(3)I):n(CH_(3)NH_(3)Br)=85:15的CH_(3)NH_(3)PbI_(3-x)Br_(x)薄膜作为钙钛矿光吸收层,spiro-OMeTAD作为空穴传输层组装了基于锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池,研究了不同纳米棒阵列对钙钛矿太阳电池光伏性能的影响,结果表明,基于锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列钙钛矿太阳电池在相对湿度为54%的空气环境下取得了14.35%的光电转换效率。

基于二维蛭石纳米片混合基质膜分离CO_(2)/CH_(4)性能研究

本研究以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物(Pebax)为高分子膜基质,二维蛭石纳米片(VMT)为填充剂,制备不同填充量的混合基质膜(Pebax-VMT MMMs)。利用蛭石纳米片的结构以及其在混合基质膜内的排列方式,为CO_(2)构筑传输通道,同时提高膜对CO_(2)/CH_(4)的分离性能。通过对Pebax-VMT MMMs的表征和气体分离特性进行研究,结果表明,填充VMT后混合基质膜在CO_(2)/CH_(4)体系中的分离效果明显增强。当VMT填充量为5 wt%时,Pebax-VMT MMMs表现出了最优的CO_(2)分离性能,CO_(2)的渗透量为489.31 Barrer, CO_(2)/CH_(4)的选择性为39.96,与纯Pebax膜相比,CO_(2)渗透量增加98.3%,同时CO_(2)/CH_(4)的选择性增加84.2%。

具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合物纳米片阵列的制备及其电化学性能

通过两步水热合成法制备了具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列.首先,以碳布为基底,水热法生成的ZnO沉积在碳布上形成ZnO纳米棒花簇.其次,以ZnO纳米棒为模板,水热法生成的Ni-Co双氢氧化物纳米片沉积在ZnO纳米棒表面,形成ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物纳米片复合材料阵列.形貌、结构分析和电化学性能测试表明,以碳布为基底,成功地合成了以ZnO纳米棒为模板并具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列,该复合材料纳米片阵列具有较大的纵横比,且分散均匀.合成的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列具有良好的电化学性能,当电流密度为1 A/g时,其比电容值可达531.6 F/g,该复合材料在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景.

ZnO复合石墨相氮化碳纳米片的制备及其光催化性能研究

为了提高石墨相氮化碳光催化性能,本文以尿素、硫脲、醋酸锌为前驱体,通过氧化热剥离与共混煅烧法分别制备g-C_(3)N_(4)_(2)纳米片和ZnO/g-C_(3)N_(4)_(2)异质结复合材料,并采用TEM、FTIR、XRD、UV-Vis DRS、BET等表征手段对制备的催化剂进行结构表征。以罗丹明、大肠杆菌为探针,考察了催化剂的光催化降解性能和抑菌活性。结果表明:以尿素和硫脲为前驱体,经过氧化热剥离处理后能得到的g-C_(3)N_(4)_(2)D纳米片,其比表面积更大、光催化性能更加优异,且其对罗丹明的降解率较未剥离的g-C_(3)N_(4)_(2)提高了21.2%。在40 min氙灯照射下,纯g-C_(3)N_(4)_(2)并未表现出良好的抑菌性能,而通过ZnO复合制备的ZnO/g-C_(3)N_(4)_(2)异质结复合材料,在光催化降解率和抑菌活性方面均有很大提高,其中复合20%ZnO制得的ZnO异质结复合材料表现出最佳的光催化性能,在60 min氙灯光照下,对质量浓度为10 mg/L的罗丹明溶液降解率达到了91.2%。20%ZnO/g-C_(3)N_(4)_(2)对大肠杆菌表现出优异的抑菌活性,经过40 min氙灯照射后,其对浓度为106cfu/mL菌悬液抗菌率达到100%。石墨相氮化碳可以通过氧化热剥离增大比表面积,然后再与金属氧化物ZnO复合,通过减小禁带宽度,扩大可见光的利用范围,从而达到提高光催化性能的目的。

二维ZnO纳米片的热力学研究

采用水热法合成了二维ZnO纳米片,并通过扫描电镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD)对其形貌尺寸和物相进行表征,合成的多孔状纳米纯度高,且结晶度好。采用原位微热量技术,得到了过程的热动力学信息,结合热化学循环、热动力学原理及动力学过渡态理论,获取了二维ZnO体系的整体热力学函数和表面热力学函数,讨论了温度对表面焓、表面熵和表面吉布斯自由能的影响规律。结果表明:(i)纳米ZnO整体热力学函数:标准摩尔生成吉布斯自由能、标准摩尔生成焓和标准摩尔熵均比块体的大;(ii)随着温度的升高,表面焓和表面熵增加,表面吉布斯自由能则减少。

亚甲基蓝嵌入的供体受体型g-C_(3)N_(4)纳米片光催化剂用于产H_(2)

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))是一种优异的产H_(2)光催化剂,但是其存在载流子分离效率低、光吸收能力较差和比表面积小的问题。本研究通过对二氰二胺和亚甲基蓝(MB)进行热共聚合,结合后续热剥离策略,成功合成了一种新型分子内供体-受体(D-A)结构g-C_(3)N_(4)纳米片光催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,将亚甲基蓝掺入g-C_(3)N_(4)框架中扩大了光吸收范围,促进了载流子的分离。此外,热剥离增加了催化剂的比表面积且进一步促进了载流子的分离。因此,D-A结构g-C_(3)N_(4)纳米片显示出大幅提升的光催化产氢活性(2275.6μmol·h^(-1)·g^(-1)),分别是块状g-C_(3)N_(4)、D-A结构g-C_(3)N_(4)、g-C_(3)N_(4)纳米片的5.30,2.60和1.30倍。这项工作为设计用于太阳能转换的D-A改性光催化材料提供了一个有价值的思路。

柔性PEDOT:PSS修饰Te纳米棒/PEDOT纳米线复合薄膜的制备及热电性能

通过改进的自组装胶束软模板法和湿化学法分别成功合成了聚(3,4-乙烯二氧噻吩)纳米线(PEDOT NW)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)修饰的Te纳米棒(PC-Te),采用真空抽滤工艺制备了柔性自支撑PC-Te/PEDOT NW复合薄膜。通过透射电子显微镜等对PC-Te的显微结构进行表征,研究了PC-Te的添加量对复合薄膜的热电性能的影响规律。随着PC-Te含量的增加,复合薄膜的Seebeck系数增大,电导率减小,PC-Te含量为70%时,复合薄膜的功率因子的最大值达到47.4μW/mK^(2)(380 K)。该薄膜具有良好的柔性,弯曲500次后,其电阻变化率为9.2%。