ZnO多級納米結構的調控及其電化學性能研究.pdf

1、納米材料獨特和迷人的性能引發(fā)了科學家們巨大的探索動機。ZnO是多功能的半導體材料，由于具有獨特的光、電性能，已經(jīng)被廣泛的用在許多領域，例如，納米激光器、發(fā)光二極管、壓電納米發(fā)動機、表面聲波器件、透明的導電材料和太陽能電池等。同時，由于它的生物相容性、無毒、物理和化學穩(wěn)定性等，ZnO在構建化學和生物傳感器上也是最有希望的材料之一。納米材料的性能與其形貌、尺寸和結晶性密切相關，因此，通過調節(jié)納米結構的形貌、微觀尺寸等，實現(xiàn)對材料性能的調控，

2、對進一步開拓材料的應用領域具有重要的意義。由低維納米材料作為初級結構單元組裝而成的多級結構由于具有特殊形貌、尺寸和層次在諸多的應用領域都顯示了優(yōu)化的性能，已經(jīng)受到了研究者們廣泛的關注。設計和制備具有特殊形貌、尺寸的多級結構微/納米材料，并研究材料的結構與性質關系是研究多級結構納米材料的重要方向之一。本論文以檸檬酸鈉作為結構調節(jié)劑，采用簡單的一步溶液法，實現(xiàn)了ZnO納米材料的可控制備，提出了檸檬酸根離子對ZnO微納米結構的控制形成機理，進

3、而獲得了三維多級結構的多孔空心ZnO微球，并實現(xiàn)了它們在生物傳感器上的應用；最后，設計合成了具有三明治結構的三維ZnO-石墨烯納米復合材料，并探討了該復合材料作為超級電容器電極材料的電化學性能，獲得了較好的結果。具體內容如下：
　?。?）以溶液過程為基礎，選用檸檬酸鈉為結構調節(jié)劑，控制合成了ZnO微納米結構，采用FESEM，TEM，XRD和FT-IR等手段對產(chǎn)物的結構進行了表征，詳細考察了檸檬酸根離子對ZnO微納米結構形成的影響，

4、研究結果表明，檸檬酸鈉的濃度對ZnO的形貌和晶體結構有重要的影響?；谒玫膶嶒炁c表征結果，我們提出了檸檬酸根離子對ZnO微納米結構的控制形成機理。
　　（2）在檸檬酸鈉的輔助下，控制合成了由低維的ZnO納米片組裝而成的具有三維多級結構的多孔空心ZnO微球，采用FESEM，TEM，XRD和FT-IR等手段對產(chǎn)物的結構和形貌進行了表征,揭示了產(chǎn)物的形貌和晶體結構隨反應時間的變化，在最佳的反應條件下，獲得的多孔的ZnO空心微球的直徑約

5、為2-3μm，比表面積為117.36 m2 g?1，平均孔體積為0.50 cm3 g?1?；谘芯拷Y果，我們提出了多孔空心ZnO微球的形成機理。
　　（3）構建了基于多孔空心 ZnO微球的葡萄糖生物傳感器。采用Au納米顆粒（AuNPs）修飾所合成的三維ZnO多級結構，成功合成了AuNPs高密度且高度分散的Au-ZnO納米復合材料，以Au-ZnO納米復合材料作為基體固定葡萄糖氧化酶（GOD），構建了一個具有生物相容性的、新型的葡萄糖

6、傳感器。由于Au-ZnO納米復合材料具有高的比表面積、良好的生物相容性以及快速的電荷轉移能力，因而獲得了GOD的直接的電荷轉移（DET）。所構建的傳感器具有抗污染性能好、敏感性高、檢測限低和穩(wěn)定性好的特點。
　　（4）采用生物相容性的Au-ZnO納米復合材料修飾玻碳電極（GCE），構建了基于多孔空心ZnO微球的多巴胺（DA）生物傳感器。由于多級結構的多孔ZnO所具有的高的比表面積以及AuNPs高的催化活性，所制備的多巴胺生物傳感器

7、顯示了高的靈敏性、低的檢測限和寬的線性范圍。
　?。?）采用三維 ZnO多級結構作為傳感平臺，殼聚糖（CS）作為成膜材料，制備ZnO-CS修飾電極，將AuNPs均勻分散在ZnO-CS膜上，建立新型的、無標記的DNA傳感器。由于電極表面的AuNPs/ZnO-CS膜具有較大的比表面積和較好的導電性，該傳感器顯示了明顯的信號放大和低的檢測限。
　?。?）發(fā)展了基于ZnO-石墨烯納米復合粒子的超級電容器。采用簡單的一步濕化學方法，在