ZnO的掺杂、纳米结构的可控合成与性能调控的关联研究

ZnO low dimensional nano structural materials, because of their unique morphology, structure and special material properties, have caused widespread concern around the world in recent years. Therefore, research on the association between the controlled synthesis and doping of ZnO nanostructure and their properties can achieve the purpose of modifying microstructure by controlling the growth process, morphology, structure and other macro parameters on the one hand, and can further realize the control and improvement of physical properties of the material by studying the impact of these macro parameters on the atomic structure, the electron distribution and other micro parameters on the other hand. This project will focus on effective doping and controllable synthesis of ZnO nanostructures with sol gel and hydrothermal method, and systematically study on the structure, energy band, optical properties, behaviors of defects and impurities, carrier relaxation and recombination properties using various spectroscopic methods and establish the correlation among process- structure- property , in order to distinguish the mechanism of the donor (acceptor) exciton luminescence and the impurity (defect) luminescence associated with the purple and green band, and photoquenching luminescence associated with surface state. The photocatalytic properties will also be explored in this project according to the research process mentioned above.

近年来, ZnO低维纳米结构材料因其独特的形貌、结构以及特殊的材料性能, 引起了全世界的广泛关注。因此，对ZnO的掺杂、纳米结构的可控合成与材料性能之间的关联研究，一方面可以通过对影响生长过程、形貌、结构等宏观参数进行控制，从而达到调控微观结构的目的；另一方面，研究这些宏观参数对材料本身的原子结构、电子分布等微观参数的影响，从而实现调控与改进材料的物理性能。本项目将运用溶胶凝胶法、水热法详细研究ZnO纳米结构的有效掺杂及可控合成工艺，并运用各种谱学手段对其结构、能带、光学性质、缺陷杂质行为、载流子弛豫和复合特性有更深入的理解并建立工艺-结构-性能之间的相关性，以期辩明与紫色、绿色发光带相关联的施（受）主激子发光、杂质缺陷态发光，以及与表面态相关的淬灭光发射机理，并由此进一步探讨与光催化性能的相关性。

运用溶胶凝胶法和水热法以及煅烧法，研究高质量、且性能稳定的各种掺杂ZnO以及类氧化物(如SnO,TiO2等)纳米结构的合成工艺与条件，同时制备各种形式的异质结，如纳米粉体异质结，壳核结构的异质结以及通进增加量子点等结构形式。对制备方法中所涉及到的关键参数，如掺杂元素、掺杂含量、PH值、反应物配比、温度、有机杂质、溶胶浓度以及反应温度、反应时间、表面活性剂的浓度等对ZnO纳米结构的影响进行了系统的研究与结构表征，总结不同氧化物、不同制备方法、不同形貌的可控合成条件，对其质量、稳定性、形貌、以及能带结构、载流子浓度等进行了深入的研究；在性能调控方面，主要研究了形貌、能带的裁剪、载流子的复合与分离对发光以及光催化性能的影响。重点分析ZnO及类氧化物的合成机制、掺杂物对微观参数及宏观特性的调制作用，以及充分研究了合成方法、微观结构与物理性能之间的相关性，取得了一些阶段性的研究成果。共计发表标注基金资助的科研论文21篇，专利一项。