题目：透明导电氧化物基底上氧化锌纳米线阵列的气相制备及性质研究

ZnO是一种宽禁隙半导体材料，室温下带隙宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV。ZnO纳米结构，由于在未来光电子器件方面的广阔应用前景，正受到人们广泛的关注。特别是ZnO纳米线阵列，由于可作为纳米紫外激光器、发光二极管、场发射装置和染料敏化太阳电池等纳米光电器件的构筑模块，因此成为纳米半导体材料领域的研究热点。本文采用化学气相沉积法，以ITO玻璃作为基底，在较低的温度下合成了缺陷少、取向高的ZnO纳米线阵列，并对样品进行了形貌及结构分析。对ZnO纳米线的生长机理进行了分析，研究了其光学性质及光催化性质。本文的研究内容及主要研究结果如下：
(1)采用化学气相沉积法制备ZnO纳米线阵列。该方法克服了溶液法制备出的ZnO结晶性不好、表面存在有机杂质等缺陷；而且比传统的CVD法合成温度低，反应过程中无需金属催化剂，从而避免了金属杂质的引入，使得制备出的ZnO纳米线阵列结晶性好、纯度高。实验采用在光电子行业应用广泛的导电玻璃作为基底材料，这也使得制备出的ZnO纳米线阵列在光电子行业如太阳电池、平板显示等方面具有应用条件。
讨论了实验参数，如温度、载气流量、反应时间等对产物形貌及性能的影响，并对不同ZnO纳米结构的生成机理进行了讨论。发现蒸发温度和过饱和度是ZnO纳米结构生长生长过程中的两个重要控制因素。一般来说，低的过饱和度不利于ZnO纳米线的生成，适中的过饱和度才可以长出ZnO纳米线，而过高的过饱和度则有利于二维成核，形成片状结构。生长温度和载气流量也会影响到产品的最终形貌。
(2)改进实验装置，采用双管系统制备出了高质量、低缺陷浓度的ZnO纳米线阵列。讨论了采用单管系统和多管系统两个不同的制备条件下得到的ZnO纳米线阵列的荧光特性。结果表明采用单管系统制备的ZnO阵列存在很强的绿光发射，表面缺陷浓度高。对样品进行退火处理，以提高样品结晶质量、降低表面缺陷浓度。在氧气气氛下退火后ZnO纳米线的紫外发射强度增大，绿光发射变弱，ZnO的缺陷浓度降低。而在氮气气氛下退火，其荧光性质几乎没有变化。结果表明可用双管装置制备高质量低缺陷浓度的ZnO纳米线阵列。
(3)将所制得的ZnO纳米线阵列用于光催化降解有机物。光催化剂固定在基底上，使得光降解反应后催化剂易于被分离，且可以重复利用；此外CVD法生长ZnO，催化剂与基底结合牢固，不易脱离。将光催化剂直接生长在基底材料上，有效的解决了粉末催化剂分离困难、容易引入二次杂质等问题。
讨论了采用CVD法导电玻璃表面生长的ZnO纳米线阵列的光催化性质，介绍了ZnO催化降解有机物的光催化机理。分别采用单管系统和双管系统生长ZnO纳米线阵列进行罗丹明B的光降解实验，结果表明采用单管系统制备的ZnO纳米线阵列具有更好的光催化活性，光照5小时后，罗丹明B的降解率达到92%以上。对催化剂进行循环实验，表明该ZnO纳米线具有很好的光催化循环使用寿命，在循环实验5次后，光催化效率没有明显降低，所以ZnO纳米线阵列作为光催化剂可重复使用。