摘 要

随着经济社会的发展，纳米材料已经越来越多的出现在人们的视野中，进入21世纪后更是在全球形成了纳米科技热潮。其中，纳米晶ZnO便是一种性能优异并且用途广泛的新材料，在传感、光催化、半导体等方面有着非常广泛的应用前景。但是其本身也存在一定的限制，因此，以纳米晶ZnO为核合成核壳结构纳米复合材料，可以使其完善自己的性能，在许多新方面有更好的应用。

本文首先通过溶胶-凝胶法制备纳米晶ZnO，再通过水热法将CuO包覆在纳米晶ZnO表面。利用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、紫外可见吸收光谱分析（Uv-vis），对其物相、形貌、化学组成及光学性质进行分析后，发现实验制备的ZnO/CuO核壳结构纳米复合材料粒子为直径约10~40nm的球状粒子。组成核结构的纳米晶ZnO为六方纤锌矿结构，组成壳结构的CuO为单斜结构。核壳结构之间依靠Zn-O-Cu键结合。同时，O 1s扫面图谱的半峰全宽增加，表明CuO包覆可能会是ZnO产生晶格畸变。相比纳米晶ZnO，ZnO/CuO核壳结构纳米复合材料在可见光区域吸收强度明显提高。

关键词：纳米材料；纳米晶ZnO；ZnO/CuO核壳结构纳米复合材料；核壳结构

Abstract

With the development of the economy and the society, there have been more and more nanomaterials in people’s vision. Since the beginning of 21st century, there was a boom of nanotechnology. ZnO quantum dots is a new and broad-spectrum material with excellent performance. It has a broad application prospect in sensor, photocatalytic, semiconductor and so on. But there are also some limitation in itself. So we can use it as the core to synthetic core-shell hybrid nanoparticles. Then the ZnO quantum dots will improve its performance to have a better application.

This article described that the first stage was preparing ZnO cores by sol-gel method. The second stage was wrapping the ZnO cores with CuO shells by using hydrolysis of nantokite. Transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction patterns (XRD), and X-ray photoelectron spectra unanimously (XPS) confirm the formation of ZnO/CuO core-shell structure, morphology, chemical composition and optical properties. The synthesized ZnO/CuO core-shell hybrid nanoparticles particals’ diameter is 10~40nm.But TEM images show that the particals are claviform because its poor dispersity. ZnO cores are hexagonal wurtzite structure and the CuO shells are monoclinic structures. The core-shell structure is combined with Zn-O-Cu bonding. And the increasing FWHM of O 1s XPS peaks shows that it will results in lattice distortion after coating with CuO. Compared with ZnO Nanocrystalline, ZnO/CuO core-shell hybrid nanoparticles have enhanced visible absorption strength.

Keywords：Nanomaterials；ZnO Nanocrystalline；ZnO/CuO core-shell hybrid nanoparticles；Core-shell structure

目 录

第1章 绪论 1

1.1 纳米材料概述 1

1.2 纳米晶ZnO概述 1

1.3 纳米晶CuO概述 2

1.4 核壳结构 2

1.4.1 纳米晶ZnO核壳结构 2

1.4.2 核壳结构的形成机理 3

1.4.3 核壳结构纳米材料常用的合成方法 4

1.5 国内外研究现状 5

1.5.1 ZnO基核壳结构纳米复合材料抗紫外材料的研究 5

1.5.2 ZnO基核壳结构纳米复合材料光催化的研究 5

1.5.3 ZnO基核壳结构纳米复合材料光电材料的研究 6

1.6 研究的目的及意义 7

1.6.1 纳米晶ZnO在制备和应用中存在的问题 7

1.6.2 本文研究内容 7

1.6.3 预期目标 7

第2章 实验方法 9

2.1 实验原理 9

2.2 实验所需药品及仪器 9

2.3 ZnO/CuO核壳结构纳米复合材料的制备方法 10

2.4 ZnO/CuO核壳结构纳米复合材料的表征方法 12

2.4.1 透射电子显微镜（TEM） 12

2.4.2 X射线衍射分析（XDR） 12

2.4.3 X射线光电子能谱分析（XPS） 13

2.4.4 紫外可见吸收光谱分析（Uv-vis） 13

第3章 实验结果与分析 14

3.1 透射电子显微镜（TEM） 14

3.2 X射线衍射分析（XRD） 17

3.3 X射线光电子能谱分析（XPS） 19

3.4 紫外可见吸收光谱分析（Uv-vis） 23

第4章 结论 25

参考文献 26

致谢 28

绪论

1.1 纳米材料概述

纳米材料,特征维度尺寸在1～100纳米范围内，由极细晶粒组成,包括陶瓷、复合材料及晶态、非晶态和准晶态的金属等的一类固体材料,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料，是新兴材料技术的新研究方向。近年来，随着经济社会的发展，纳米材料已经越来越多地出现在人们的视野中^[1]。