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铟掺杂调控氧化锌纳米棒长径比
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O649[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]国家纳米科学中心,中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室,北京100190, [2]中国科学院大学,北京100049
  • 相关基金:国家重点基础研究发展规划项目(973)(2011CB933200)和科技部国际合作(2015DFG62610)
中文摘要:

利用水热法合成了铟掺杂的氧化锌(In-ZnO)纳米棒. X射线衍射(XRD)结果表明铟掺杂能导致氧化锌晶格膨胀.扫描电镜(SEM)结果显示,随着前驱液中铟浓度的增加,氧化锌纳米棒的长径比先减小后增大,在铟原子浓度为1.0%(原子分数, x),长径比达到最小值;随着前驱液中铟浓度继续增加,长径比增大.从晶体生长角度考虑,溶液中存在四羟基铟(In(OH)4-)生长基元,该生长基元可转化为铟替位掺杂(InZn)和羟基铟氧化物(InOOH)两种状态,二者之间存在竞争关系,共同引起长径比的非线性变化.当铟原子分数小于1.0%时, InZn是主要存在形式,其能破坏锌极性面,从而抑制(002)晶面的生长.当铟原子浓度高于1.0%时,生成微量的InOOH,其能起到晶粒粘结剂的作用,促进(002)面的生长.因此,可以通过改变前驱液中铟的浓度,调控氧化锌纳米棒的长径比.本文阐述了In-ZnO的生长机理,并提供一种制备实用的掺杂氧化锌纳米棒的方法.

英文摘要:

In-doped ZnO nanorods (NRs) were synthesized by hydrothermal method. The X-ray diffraction (XRD) patterns showed that the ZnO lattices expanded upon In doping. According to the scanning electron microscopy (SEM) images, the aspect ratio (length-to-width ratio) of the ZnO NRs decreased as the concentration of In(III) in the precursor solution increased from 0%to 1.0%(atomic fraction, x), and increased with further increases in the In(III) concentration from 1.0%to 5.0%. The nonlinear modulation of the aspect ratio of ZnO NRs is believed to be due to the competition between the subst itutional doping of In3+(InZn) and formation of InOOH intermediate, both of which are closely related to the behavior of In(OH)4-. In(OH)4-can be adsorbed onto zinc polar plane, and thus inhibits adsorption of Zn(OH)42-growth units. Furthermore, In(OH)4-can convert into InOOH, which can act as a crystal binder and enhance growth along the (002) plane. InZn can disrupt the zinc polar plane, resulting in the suppression of growth along the (002) facet. Therefore, the aspect ratio of ZnO NRs can be control ably modulated by changing the In concentration in the precursor solution. The current study furthers our understanding of the growth mechanism of In-doped ZnO, and presents a feasible method to prepare doped-ZnO NRs for real applications.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781