【引言】
对于新型的功能性材料,通常需要设计合成不同形态的拓扑结构,来满足其在不同领域的应用。
ZnO作为常用的多功能材料,可以在简易温和条件下制备出多种形貌的高质量单晶结构;已经被广泛应用到生物,医学,能源等领域。ZnO晶体从结晶成核,Ostwald熟化到定向自组装过程均可实现最终形貌的调控。因此,深入了解各种因素对其生长机理的调节作用,进而调控其生长过程,实现形貌结构的调控有着重要意义。本文引入乙酸铵作为结构调节剂,合成了不同形貌结构的ZnO晶体;并详细探究了其从结晶成核到生长成最终形貌结构整个过程中,乙酸铵的调控机理。
【成果简介】
本文在常用的Zn(NO3)2-HMTA化学浴沉积ZnO体系中,引入乙酸铵作为形态调节剂,合成了海胆型、棒型和哑铃型单晶ZnO结构。并通过SEM、TEM、XPS和XRD技术原位跟踪检测了整个晶体生长过程。直接观测到ZnO的结晶成核经历了Zn2+--层基锌盐--ZnO过程;同时其定向自组装单体随着乙酸铵浓度的升高,从最初的海胆型,逐渐变成规则棒状结构,最后成为双耦合的对称哑铃状结构。在~10 mM左右的乙酸铵浓度下,得到了规则的六边形棒组合结构;且在其生长过程中观察到原位的溶解--再成核--再生长过程。其中乙酸铵的调节机理主要包括:1)乙酸根离子通过配位到富Zn的(0001)面诱导的配体-配体相互作用;2)铵根离子通过调节HMTA的水解作用调控整个体系的离子浓度。最后通过光电化学测试(PEC)对合成的材料进行了进一步的表征。上述结果,进一步揭示了ZnO生长过程中的形态学变化机理;为进一步合成新型ZnO结构,进而拓展其应用提供了更多的支持。
【图文导读】
![25A5C 25A5C](/__local/5/2A/96/8B41D00EB37470D46D6DAF029BE_35699955_25A5C.jpg)
图1. (a)ZnO形态结构转变示意图;(b-e)不同乙酸铵浓度下合成ZnO晶体的SEM图像;(f)和(g)分别是其对应的长度、直径和长径比变化曲线;(h)XRD曲线。
![1CFB3 1CFB3](/__local/5/E3/9D/13FC0C48B09B27FCF70CF429FDF_1F5BC30C_1CFB3.jpg)
图2. (a-b)和(c-d)分别对应Y-0和Y-10的TEM图像;其中插图是相应的SAED图像。
![1B9B6 1B9B6](/__local/8/7A/FE/EA370D132CBDC9CCF1CB2FC118C_92D1AA03_1B9B6.jpg)
图3. (a)乙酸铵多重调节机理的示意图;(b-d)不同条件下合成ZnO的顶端图像;(e-f)和(g-h)分别是合成ZnO的长度、直径和长径比随Zn(NO3)2和HMTA浓度的变化曲线。
![1C314 1C314](/__local/F/B0/80/DBA01024D7A11FA57668C98E751_B367BCF1_1C314.jpg)
图4. 不同乙酸铵浓度下,ZnO晶体结构随生长时间变化的SEM图像。其中(a)代表结晶成核过程;(b),(c),(d)和(e)分别对应 0,6,10和20 mM乙酸铵。
【文章题目】
Multiple Regulation Effects of Ammonium Acetate on ZnO GrowthProcess in Chemical Bath Deposition 论文通讯作者为马雷教授,第一作者为博士生刘根。相关研究成果刊登于Chemistry—A European Journal, 2021, 27, 1-9. https://doi.org/10.1002/chem.202103064