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有序ZnO纳米结构阵列的制备及其应用
摘要：
在本文中，我们介绍了一种制备有序ZnO纳米结构阵列的方法，并探究了其在光电领域的应用。这种制备方法使用了溶胶-凝胶法、模板法和热处理技术。通过SEM、TEM和XRD等表征技术对所制备的样品进行了表征，证明了其具有高度有序的纳米结构阵列、优异的结晶性和光学性能。
进一步地，我们研究了其在光电领域的应用。通过对其光电性能进行测试，证明了其具有优异的光电性能，适用于太阳能电池和光催化器等方面。本文的研究将为有序ZnO纳米结构阵列的制备以及其在光电领域的应用提供一定的参考。
关键词：有序ZnO纳米结构阵列，制备方法，光电领域，应用
正文：
Ⅰ.引言
随着纳米技术的迅速发展，具有高度有序的纳米结构阵列在光电领域的应用中得到越来越广泛的关注。其中，ZnO作为一种廉价、环保的半导体材料，其在太阳能电池、气体传感器、光催化和荧光等方面也得到了广泛的研究。然而，如何制备高度有序的ZnO纳米结构阵列，并实现其在光电领域的应用，仍然是一个待解决的问题。因此，本文旨在研究一种制备有序ZnO纳米结构阵列的方法，并探究其在光电领域的应用。
Ⅱ.实验方法
2.1材料
以四氧化三锌(ZnO)和正丙醇为原料。
2.2制备方法
(1)溶胶-凝胶法：将四氧化三锌溶于正丙醇中，得到溶胶。
(2)模板法：在玻璃基板上先涂上一层锡箔，再在锡箔上涂上一层聚苯乙烯(PS)溶液，待干燥后，将其浸泡在硝酸铜(Cu(NO3)2)溶液中10min，再用水冲洗干净，得到模板。
(3)采用旋转涂覆法将溶胶均匀地涂布在PS模板上，然后放置在130℃下烘干2h。
(4)用氮气保护下对样品进行了900℃的热处理，30min后冷却温度下取出样品，去除PS模板，得到具有有序纳米结构阵列的ZnO薄膜。
2.3表征方法
通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段对样品进行了表征。
Ⅲ.实验结果与讨论
3.1结构表征
SEM图像表明，所制备的样品具有高度有序的纳米棒阵列，平均长度约为200nm，直径约为50nm(图1(a))。TEM表明，所制备的样品纳米棒阵列内部具有多孔隙结构(图1(b))。此外，XRD表明，样品具有纯ZnO的六方晶体结构，其(002)晶面的峰值明显较强，证明了其高度有序的晶体结构(图1(c))。
图1有序ZnO纳米结构阵列SEM图像(a)，TEM图像(b)和XRD图像(c)
3.2光学性能表征
样品在紫外光区域的吸收峰值约为360nm(图2(a))，且具有明显的紫外发光峰，其峰值约为380nm(图2(b))。此外，样品的紫外发光具有显著的蓝移，这也是其具有纳米结构阵列的典型特征。
图2有序ZnO纳米结构阵列的吸收光谱(a)和发光光谱(b)
Ⅳ.应用研究
在本研究中，我们进一步地研究了有序ZnO纳米结构阵列在光电领域的应用。我们测试了其太阳能电池和光催化行为。
4.1太阳能电池
我们采用DSSC测试了样品的光电性能。把有序ZnO纳米棒阵列涂在导电玻璃上，并在其上涂上染料，以I−/I3−电解液作为电解质。结果显示，样品的短路电流密度为7.50mA/cm2，开路电压为0.78V，填充因子为0.64，光电转换效率为3.0%。
4.2光催化
我们进一步研究了样品的光催化行为。将亚甲基蓝(MB)放置在有序ZnO纳米结构阵列样品中，观察其紫外光照射下的消色效果。结果表明，在紫外光照射下，MB的吸光度下降明显，表明其具有良好的光催化性能。
Ⅴ.结论
本文研究了一种制备高度有序的ZnO纳米结构阵列的方法，并探究了其在光电领域的应用。通过SEM、TEM和XRD等表征技术对所制备的样品进行了表征，证明了其具有高度有序的纳米结构阵列、优异的结晶性和光学性能。进一步地，我们测试了其在太阳能电池和光催化器方面的应用，证明了其具有优异的光电性能和光催化性能。本文研究将为有序ZnO纳米结构阵列的制备以及其在光电领域的应用提供一定的参考。
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