D0L:10.13374/.issn1001-053x.2011.06.006 第33卷第6期 北京科技大学学报 Vol.33 No.6 2011年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2011 基底预处理对于水热法制备ZO微/纳米管阵列的影响 刘政楠郭潇郭敏四张梅 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:guomin@ustb.cdu.cn 摘要采用水热法系统研究了基底预处理（基底铺膜、不铺膜吹氮气处理和盐酸浸泡处理等）方式对于制备Z0微/纳米管 阵列的影响：结合Z0晶体的微观结构，探讨了基底特征与Z0微/纳米管阵列生长的内在联系.结果表明，采用高纯氮气和 盐酸浸泡预处理基底均能制备得到Z0微/纳米管阵列，并且这两种预处理方法制备出的纳米管在尺寸、形貌和分布上有所 不同.Zn0微/纳米管成管机理研究表明，Z0顶部锌终端对于生长微/纳米管起着决定性作用. 关键词氧化锌：纳米管阵列：基底；水热法 分类号TN304.2 Effect of substrate pretreatments on the growth of ZnO micro/nanotube arrays by a hydrothermal method LIU Zheng-nan,GUO Xiao,GUO Min,ZHANG Mei School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:guomin@ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of substrate pretreatments,such as modifying the substrate with ZnO nanoparticles,drying the substrate with highly pure nitrogen and soaking the substrate with hydrochloric acid,on the growth of ZnO micro/nanotube arrays were systematically investigated by using a hydrothermal method.The relationship between substrate surface characteristics and the growth of ZnO micro/ nanotube arrays was discussed based on Zno microstructure.It is indicated that ZnO micro/nanotube arrays with different sizes,mor- phologies and distributions can be obtained on indium-tin oxide (ITO)substrates pretreated by highly pure nitrogen and hydrochloric acid,respectively.The growth mechanism of ZnO micro/nanotubes showed that the Zn-atom surface termination of ZnO played the key role for formation of the micro/nanotubes. KEY WORDS zinc oxide:nanotube arrays:substrates:hydrothermal method 一维ZnO纳米管相对于纳米棒具有更高的比纳米阵列的有效方法.Vayssieres等回利用水热法 表面积、反应活性、可填充性和更为优越的光学、光制备了直径为1~2m、长10um,均匀分布且垂直 电化学性能，己经成为人们研究的热点-).高度有 于基底的Za0微米管.Tomg等回采用同样的方法 序的Z0纳米管阵列不仅在太阳能电池、光催化等 制备了长1~3um、直径约为500nm的Zn0纳米 方面有着广阔的应用前景，而且还可以作为新型的 管，并测试了其发光性能.Sheo采用电化学沉积 模板来制备其他材料.目前，Z0纳米管阵列的制 与水热相结合的方法，在导电玻璃上沉积出了ZO 备方法主要有水热法、气一固相生长法、气一固一液相 纳米管阵列.但到目前为止，在大范围内制备ZnO 生长法、模板法和电化学法等).与其他方法相 纳米管阵列的研究仍具有挑战性，尤其是基底预处 比，水热法具有合成成本较低及操作简单、反应条件 理对于水热法制备Z0纳米管阵列的影响机理还 温和无污染、可大规模合成等优点，是控制合成Z0 未见报道. 收稿日期：2010-09-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50872011,No.50772004):国家重点基础研究发展计划资助项目(No.2007CB613608):教有部新世 纪优秀人才支持计划资助项目(No.NCET-080723)第 33 卷 第 6 期 2011 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 6 Jun． 2011 基底预处理对于水热法制备 ZnO 微/纳米管阵列的影响 刘政楠 郭 潇 郭 敏 张 梅 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: guomin@ ustb． edu． cn 摘 要 采用水热法系统研究了基底预处理( 基底铺膜、不铺膜吹氮气处理和盐酸浸泡处理等) 方式对于制备 ZnO 微/纳米管 阵列的影响; 结合 ZnO 晶体的微观结构，探讨了基底特征与 ZnO 微/纳米管阵列生长的内在联系． 结果表明，采用高纯氮气和 盐酸浸泡预处理基底均能制备得到 ZnO 微/纳米管阵列，并且这两种预处理方法制备出的纳米管在尺寸、形貌和分布上有所 不同． ZnO 微/纳米管成管机理研究表明，ZnO 顶部锌终端对于生长微/纳米管起着决定性作用． 关键词 氧化锌; 纳米管阵列; 基底; 水热法 分类号 TN304. 2 Effect of substrate pretreatments on the growth of ZnO micro /nanotube arrays by a hydrothermal method LIU Zheng-nan，GUO Xiao，GUO Min ，ZHANG Mei School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: guomin@ ustb． edu． cn ABSTRACT The effects of substrate pretreatments，such as modifying the substrate with ZnO nanoparticles，drying the substrate with highly pure nitrogen and soaking the substrate with hydrochloric acid，on the growth of ZnO micro /nanotube arrays were systematically investigated by using a hydrothermal method． The relationship between substrate surface characteristics and the growth of ZnO micro / nanotube arrays was discussed based on ZnO microstructure． It is indicated that ZnO micro /nanotube arrays with different sizes，mor￾phologies and distributions can be obtained on indium-tin oxide ( ITO) substrates pretreated by highly pure nitrogen and hydrochloric acid，respectively． The growth mechanism of ZnO micro /nanotubes showed that the Zn-atom surface termination of ZnO played the key role for formation of the micro /nanotubes． KEY WORDS zinc oxide; nanotube arrays; substrates; hydrothermal method 收稿日期: 2010--09--07 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( No． 50872011，No． 50772004) ; 国家重点基础研究发展计划资助项目( No． 2007CB613608) ; 教育部新世 纪优秀人才支持计划资助项目( No． NCET--08--0723) 一维 ZnO 纳米管相对于纳米棒具有更高的比 表面积、反应活性、可填充性和更为优越的光学、光 电化学性能，已经成为人们研究的热点［1--4］． 高度有 序的 ZnO 纳米管阵列不仅在太阳能电池、光催化等 方面有着广阔的应用前景，而且还可以作为新型的 模板来制备其他材料． 目前，ZnO 纳米管阵列的制 备方法主要有水热法、气--固相生长法、气--固--液相 生长法、模板法和电化学法等［5--8］． 与其他方法相 比，水热法具有合成成本较低及操作简单、反应条件 温和无污染、可大规模合成等优点，是控制合成 ZnO 纳米阵列的有效方法． Vayssieres 等［9］利用水热法 制备了直径为 1 ～ 2 μm、长 10 μm，均匀分布且垂直 于基底的 ZnO 微米管． Tong 等［2］采用同样的方法 制备了长 1 ～ 3 μm、直径约为 500 nm 的 ZnO 纳米 管，并测试了其发光性能． She ［10］采用电化学沉积 与水热相结合的方法，在导电玻璃上沉积出了 ZnO 纳米管阵列． 但到目前为止，在大范围内制备 ZnO 纳米管阵列的研究仍具有挑战性，尤其是基底预处 理对于水热法制备 ZnO 纳米管阵列的影响机理还 未见报道． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.006