1、新型光电功能材料制备、性能与表征,Preparation，Properties and Characterization of Advanced Functional Materials,三. 光电功能纳米材料的制备,目 录,二. 光电功能纳米材料的性能,一. 光电功能材料的定义及分类,四. 光电功能纳米材料的表征,光电功能材料的定义：,一. 光电功能材料的定义及分类,在狭义上是指能将光能转化为电能或化学能等其它能量的材料。,在广义上是指具有光学性质或电学性质或光电转换性质的材料。,光电功能材料的分类：,按组成分类,有机材料(聚对苯乙炔)、无机材料（Si）、有机无机复合物材料（联吡啶合钌类配合
2、物）等,按尺度或形态分类,光电功能纳米材料(ZnO)、晶体材料(LiNO3)、薄膜材料(非晶硅)等,一. 光电功能材料的定义及分类,光电功能纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-910-7m)的具有光电性能的材料。,一. 光电功能材料的定义及分类,纳米纤维：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。包括：纳米管、纳米线、纳米带等。,纳米粉末：又称为超细粉或超微粉，一般指粒度在100nm以下的粉末或颗粒。,纳米块体：将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。,纳米薄膜：由纳米颗粒镶嵌于基体所形成的薄膜。,二. 光电功能纳米材料的性能,光催化,光伏,光吸收,发光性能,
3、介电,二. 光电功能纳米材料的性能,光电性能产生原理：随着粒径的减小而产生量子化的结果,导带,价带,Eg,e-,h+,Eg,二. 光电功能纳米材料的性能,光学性能,应用举例：纳米ZnO、TiO2光催化,O2-,OH,O2,H2O,e-,h+,有害气体/细菌,空穴,光波,纳米TiO2/ZnO,CO2+H2O,电子,工作原理：,应用举例：染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池,二. 光电功能纳米材料的性能,电学性能,工作原理：,S(基态),S*(激发态),hv,吸收光子,e-,电子进入TiO2导带,S+(氧化态),2S+(氧化态),3I-,2S(基态),I3-,3I-,I3-,2e-,三. 光电功能纳米
4、材料的制备,三. 光电功能纳米材料的制备,化学沉淀法：通过在原料溶液中加入适当的沉淀剂，让原料溶液中的阳离子形成相应沉淀物，再经过过滤、洗涤、热分解等过程获得纳米粉体的方法。,ZnCl2,ZnCl2(aq),NaOH(aq),Zn(OH)2+NaCl(aq),ZnO,Zn(OH)2,优缺点：工艺简单，产物纯度高，但分散性较差，易团聚,应用举例：ZnO,溶解,过滤,干燥煅烧,三. 光电功能纳米材料的制备,溶胶凝胶法：无机盐或金属醇盐通过水解在溶液中形成稳定的溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶经过干燥、烧结固化制备分子、纳米结构的材料。,Ti(OC4H9)4,混合
5、溶液,稀酸,Ti(OH)4溶胶,TiO2,优缺点：分散性好，粒径均匀，但反应时间较长，原料成本高,应用举例：TiO2,搅拌,放置,C2H5OH,干燥,Ti(OH)4凝胶,四. 光电功能纳米材料的表征,X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),紫外-可见吸收光谱(UV-Vis),X射线衍射(XRD)：用于表征光电材料的晶型和颗粒大小,四. 光电功能纳米材料的表征,当晶粒度小于100nm时，由于晶粒细化会引起衍射线变宽，其衍射线半高峰处的宽化度与晶粒大小D有如下关系：,D=R/cos,不同温度热处理TiO2的XRD图,a. 12.4 nm,c. 36.6 nm,b. 20.7 nm,d. 40.2 nm,e. 48.9 nm,衍射峰越宽，晶粒越小,透射电镜(TEM)：用于表征光电材料颗粒的尺寸大小、分散和结晶情况,四. 光电功能纳米材料的表征,扫描电镜(SEM)：用于表征光电材料颗粒的表面形态,四. 光电功能纳米材料的表征,ZnO纳米带,InP纳米线,ZnO纳米球,紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)：用于表征光电材料对光的吸收情况（粒径越小吸收边越短）,四. 光电功能纳米材料的表征,不同尺寸CdS纳米粒子的紫外可见吸收光谱,a. 3.6 nm,c. 4.7 nm,b. 4.1 nm,d. 5.2 nm,e. 6.1 nm,The end！,Thank you,
