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学位论文原创性声明本人所提交的学位论文《Co 掺杂纳米 ZnO 的制备与光学性能研究》，是在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者( 签名) ：指导教师确认( 签名) ：年月日年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北师范大学可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。( 必威体育官网网址的学位论文在年解密后适用本授权书)论文作者( 签名) ：指导教师( 签名) ： 年月日年月日1绪论纳米 ZnO 是一种具有较宽禁带（3.37 eV）和较高激子结合能（60 meV）的多功能 无机半导体材料，因此成为工业应用领域最有前途的纳米材料之一[1,2]。ZnO 广泛应用 于电子工业、涂料工业、玻璃工业、化学工业、食品工业和医疗卫生[3,4]等众多领域。近 几年来，ZnO 作为良好的光电材料被应用于制备太阳能电池、电极、传感器、紫外激光 器、紫外线保护膜、紫外探测器等光电器件和发光元件[5-8]。金属元素掺杂纳米 ZnO 后，会使其性能有突出的改变，这使得 ZnO 的应用前景更 加广泛。掺杂的实质是掺杂离子替代主体离子进入到主体晶格中。由于掺杂离子与主体 离子的离子半径、离子性质有一定的差别，当掺杂离子进入主体晶格时会造成一定的缺 陷和空位，从而使主体的形貌和结构（微结构）受到很大的影响。此外，掺杂离子与主 体离子轨道之间的能量交换、耦合效应能调整主体的能带结构进而影响主体性能。研究 表明，As 元素掺杂[9]在很大程度上改变了 ZnO 纳米线的发光性质，使本征发光峰 从 385 nm 移至 393 nm 处，且位于 505 nm 处的蓝绿发光强度明显提高；Fe 元素的 掺杂[10]增大了脱硫剂的比表面积及孔容，延长了使用寿命；Ce 元素掺杂[11]的 Ce-ZnO 脱硫剂的室温脱硫性能明显优于纯 ZnO 和 CeO2；而 La 元素的掺杂[12]明显提高了纳 米 ZnO 的抗菌性能和光催化性能。因此，元素掺杂纳米 ZnO 结构和性能研究日益成为 国际科研工作者关注的焦点。ZnO 纳米材料概述ZnO 的晶体结构自然状态下，ZnO 晶体是属于 6mm 点群的六方纤锌矿单晶。图 1.1 是 ZnO 晶体结 构模型示意图，每个 Zn 原子与四个 O 原子按配位数为 4:4 的四面体构型配位，Zn 的 d 轨道与 O 的 p 轨道杂化成键。图 1.2 是 Zn 原子组成面和 O 原子组成面在（1010）面的 投影图，Zn 原子组成面和 O 原子组成面交替排列，Zn、O 原子组成面均平行于（1010） 面，所以沿 c 轴方向显现出很强的生长极性。表 1.1 给出了纤锌矿结构 ZnO 的部分结构 参数。表 1.1纤锌矿结构 ZnO 的结构参数值结构参数值结构参数值晶格参数 a=b0.325 nm晶格参数 c0.521 nmc/a空间群1.602P63mc对称中心空间对称性无C46vc 轴方向 dZn-O0.1992 nm其它方向 dZn-O0.1973 nmO 原子占据位置(0,0,0)O 原子占据位置(0.667,0.333,0.5)Zn 原子占据位置(0,0,0.3825)Zn 原子占据位置(0.6667,0.3333,0.8825)图 1.1ZnO 晶体结构示意图图 1.2Zn-O 在（1010）面的投影图ZnO 的基本性质通常情况下，ZnO 呈白色粉末状，是一种无毒、无味、无臭、无砂性的两性氧化物。 溶于酸、碱和氯化铵溶液中，不溶于 H2O 和 C2H5OH，在空气中易吸收 CO2 和 H2O。因 为它具有碱性，可与油类调制成着色力和遮盖力极大的涂料，是颜料“锌白”的主要化 学成分。ZnO 加热至 1800℃升华，高温灼烧处理时，白色粉末逐渐泛黄，冷却后又恢 复为白色。另外，ZnO 还可作为基准试剂，本文用来标定 EDTA。表 1.2 给出了纤锌矿 结构 ZnO 的基本物理参数。2表 1.2纤锌矿结构 ZnO 的基本物理参数基本物理参数值基本物理参数值分子量熔点81.391975℃密度电子迁移率5.67 g/cm3200 cm2v-1s-1比热热膨胀系数 a 轴0.125 cal/g·℃4.75 K-1导电类型热膨胀系数 c 轴N 型2.92 K-1禁带宽度激子增益3.37 eV300 cm-1激子束缚能内聚能60 meV1.89 eV激子波尔半径2.03 nm静介电常数8.656折射率