维普资讯 http://www.cqvip.com 唐孝生等：花状纳米氧化锌颗粒的制备及其光学性能研究 花状纳米氧化锌颗粒的制备及其光学性能研究木 唐孝生 ，林岳 ，曾 杰 ，王晓平 ，２ （１．中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室，安徽合肥２３００２６； ２，中国科学技术大学物理系，安徽合肥２３００２６） 摘一要： 以硬脂酸锌和过氧化氢为原料，采用油相法 步合成出一种特殊的氧化锌花状纳米结构。利用透射 中，经多次离心提纯得到透明的精细产物，并分散于甲 苯中进行测试。 电镜、高分辨电镜、ｘ射线衍射等对其形貌和结构的分 析表明：花状氧化锌纳米颗粒结构为六方晶相，大小约 为３０ｎｍ。吸收光谱和荧光光谱测量显示该纳米结构有 ３结果与讨论 首先对制备得到的纳米颗粒进行ＸＲＤ检测，结果 如图１所示。衍射谱中出现的（１００）、（００２）、（１Ｏ１）、（１０２）、 （１１ｏ）、（１Ｏ３）、（１１２）等衍射峰与ＪＣＰＤＳ ８０．００７５的结果 显著的近带边紫光发射特性，对应的缺陷发光强度较 弱，表明这一纳米结构有较好的光学特性，因此在生物 荧光标记方面有着潜在的应用价值。 关键词： 氧化锌；纳米结构；光学特性 中图分类号：０４７２＋．３；Ｏ６１１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００１．９７３ｌ（２００７）增刊．００５７．０２ （见图１下部竖线）完全一致，表明制备得到的是六方 晶系的氧化锌相，同时说明纳米颗粒没有择优生长方 向。 １ 引 言 氧化锌作为一种宽禁带半导体无机功能材料，在信 息、生物、传感等领域有着广泛的应用。近年来，针对 氧化锌纳米结构形态的可控制备与性能等研究引 起了众多学者的兴趣。目前，利用不同的物理或化学制 备方法，氧化锌量子点（零维）、纳米线和纳米带（一 维）等纳米结构的制备已取得很大的进展［１】。特别是化 学制备法由于具有工艺简单、成本低廉的特点而受到很 多的关注。但是以水热、热分解等化学法制备的氧化锌 纳米结构也存在一定的局限，主要表现在表面缺陷态较 多，从而导致缺陷发光较 ：＇３】。此外，化学法制备的 纳米结构的形态控制也比较单一。本研究采用油相法一 步制备出较为复杂的花状纳米结构氧化锌颗粒，并利用 透射电镜（ＴＥＭ）、高分辨电镜（ＨＲＴＥＭ）、Ｘ射线衍射 （ＸＲＤ）、吸收光谱（Ａｂｓ）和荧光光谱（ＰＬ）等方法 ．ｎ．膏，＾ ∞－ｕｌ ２０１Ｉ。Ｊ 图ｌ ＺｎＯ花状纳米颗粒的ＸＲＤ结果 Ｆｉｇ ｌ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎ ｆｏｒ ＺｎＯ ｎａｎｏｆｌｏｗｅｒｓ 进一步利用ＴＥＭ和ＨＲＥＭ对纳米颗粒的观察发 现：形成的ＺｎＯ纳米结构具有花状的形态并呈现单分 散特征（图２（ａ）），这一纳米颗粒的平均直径约为（３０ ±５）ｎｌｎ；高分辨图像可以看到清晰的晶格条纹（图 ２（ｂ）），条纹间距为０．２８１ｎｍ，同ＺｎＯ（１００）面间距一 致。此外，从图２（ｂ）可以得到花瓣边缘到花瓣中心的距 离约为ｌ２～１５ｎｍ。 对其形貌、结构和性能进行了表征。研究结果表明这种 特殊的纳米结构有很好的光学性能，表现为很强的近带 边紫光发射和很弱的缺陷发光。 ２实验 花状纳米结构氧化锌颗粒的制备过程主要包括：将 １２６．５ｍｇ（０．２ｍｍｏ１）的硬脂酸锌和５．０４ｇ（２０ｒｅｔｏｏ１）的 十八烯置于三颈烧瓶中，在氮气氛下以５℃，分钟的速度 升温至２８０℃；然后以３～６滴，秒的速度滴入２．７ｍｌ （４ｍｍｏ１）的过氧化氢，在２８０℃保温２ｈ，待瓶内出现 浑浊的黄色物质后立刻结束反应。将粗产物分散于甲苯 图２ ＺｎＯ花状纳米颗粒的ＴＥＭ（ａ）和ＨＲＥＭ（ｂ）观察结 果 Ｆｉｇ ２ ＴＥＭ ａｎｄ ＨＲＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＺｎＯ ｎａｎｏｆｌｏｗｅｒｓ ・收到稿件日期：２００７—０４—２７ 通讯作者：唐孝生 作者简介：唐孝生（１９８１一），男，硕士研究生，主要从事氧化锌纳米材料的制备和生物应用研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com ５８ 和光致 助 图３是室温下ＺｎＯ花状纳米颗粒的吸收光谱（虚线） 材 荨牛 ２００７年增刊（３８）卷 粒的表面缺陷很少，纳米结构的晶体质量较高，这也可 以从图２（ｂ）纳米结构的高分辨像中得到进一步印证， 例如在花瓣边缘也可以看到很清晰的晶格条纹。我们认 为本方法制备的较少缺陷的高质量纳米颗粒的原因可 能与采用过氧化氢作为氧源有关，具体原因还需要进一 步深入研究。 ４结论 以硬脂酸锌和过氧化氢为前躯物与氧源，采用油相 法成功地一步制备出单分散的、平均尺寸约为３０ｒｉｍ的 花状纳米氧化锌颗粒。这种纳米氧化锌颗粒具有较好的 Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ｎｍ 结晶状态，表面缺陷较少，表现出强的紫光发射和很弱 的缺陷发光。因此，这种制备简单、性能优异的纳米结 构有望取得广泛的应用。 图３ ＺｎＯ花状纳米颗粒的吸收光谱（虚线）与发光光 谱（实线） Ｆｉｇ ３ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ＺｎＯ ｎａｎｏｆｌｏｗｅｒｓ 参考文献： 【１】Ｐａｎ Ｎａｎ，Ｗａｎｇ Ｘｉａｏｐｉｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｋｕｎ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｎａｎｏｔｅ－ ｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，１６，１０６９． 由图３可见吸收光谱在３５４ ｎｍ处有明显的吸收。 与体相ＺｎＯ材料的激子吸收峰（３７３ ｎｌｎ）相比有显著的 蓝移。发光光谱则在３７７ｎｒｎ位置呈现一个很强的紫光 ［２】 Ｃｈｅｎ Ｙｏｎｇｆｅｎ，Ｍｙｅｏｎｇｓｅｏｂ Ｋｉｍ，Ｌｉｎ ａＧｕｏｄａ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｊ Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ，２００５，１２７：１３３３１－１３３３７． 发射峰，半高宽约４０ｎｍ左右，其能量与ＺｎＯ的带隙（～ ３．３７ｅＶ）接近，因此可将该发射峰归结为氧化锌的近带 边发射。从图３还可看出，氧化锌在５４０ｎｍ附近的缺 陷发光峰很弱，说明本研究中制备的ＺｎＯ花状纳米颗 【３】 Ｊｉｎ Ｊｏｏ，Ｓｏｏｎ Ｇ，Ｊｕｎｇ Ｈ Ｙｕ，ｅｔ ａ１．［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２００５，１７ １８７３．１８７７． Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｆｌｏｗｅｒ－ｌｉｋｅ ＺｎＯ ｎａｎｏｐａｒｔｉｅｌｅｓ ＴＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｓｈｅｎｇ ，ＬＩＮ Ｙｕｅ ，ＺＥＮＧ Ｊｉｅ ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｐｉｎｇ ’ （１．Ｈｅｆｅｉ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｔ Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｎｄ ａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｎｄ ａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌｏｗｅｒ－ｌｉｋｅ ＺｎＯ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａ ｏｎｅ－ｓｔｅｐ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｚｉｎｃ ｓｔｅａｒａｔｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｅｒｏｘｉｄｅ． Ｔｈｅ ａｓ．ｓｙｎｔＩ１ｅｓｉｚｅｄ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＴＥＭ，ＨＥ己ＴＥＭ，ＸＲＤ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔＩ１ｅ ｆｌｏｗｅｒ－ｌｉｋｅ ＺｎＯ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｈａｓ ａ ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｖｅｒａｇｅｄ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ａｂｏｕｔ ３０ｎｍ．Ｔｈｅ ＰＬ ｓｐｅｃｔｒａ ｅｘｈｉｂｉｔ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｐｅａｋ ｎｅａｒ ３７７ｎｍ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔＩ１ｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｗｅａｋ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔＩ１ｅ ｌｏｗｅｒ－ｌｉｋｅ ＺｎＯ ｎａｆｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈｏｌｄｓ ｇｏｏｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｍａｙ ｈａｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｌａｂｅｌｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｚｎ０；ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ
