合成CuO纳米线ZnO量子点的异质结形态控制

周明

摘 要：探索了不同的生长时间、生长温度、气体和水分条件对采用热蒸发法生长CuO纳米线在成型、长度、致密度和直径等方面的影响。简单分析了CuO纳米线的生长过程、生长机理，并进一步研究了在CuO上生长ZuO量子点。通过改变实验条件，研究在不同温度、分解时间、乙酸锌浓度对ZuO量子点外形的影响。研究发现，生长温度会在一定范围内影响CuO纳米带的直径和致密度，时间会影响纳米线的长度。此外，在不同条件下可生成不同形状的ZnO纳米颗粒。这些参数条件对量子点的成核、生长和迁移有着至关重要的影响。

关键词：纳米线；生长机理；热蒸发法；光电转换率

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0127-01

CuO 是一种P型半导体材料，带隙较窄，能量为1.2 eV，可与太阳光谱的极大值相匹配，理论上的光电转换率为18%，是一种具有巨大潜力的太阳电池材料。一维结构的纳米材料，比如纳米线、纳米棒、纳米束、纳米管和纳米针等，具有较大的表面和体积比，具备独特的光、电、热性能。从报道来看，较短的CuO纳米棒在较温和的条件下很容易制备，但较长的一维CuO纳米线大部分是在高温下合成的，反应温度一般在 500～900 ℃之间。

ZnO是一种直接宽带隙（Eg=3.37 eV）半导体材料。它具有较高的激子束缚能（60 meV）和良好的热稳定性。由于ZnO一维纳米材料具有不同于宏观块体的小尺度效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质，使其具有许多优异的物理性能，且生长了量子点的纳米带会改变原先纳米带的光学特性。因此，在CuO纳米带上生长ZuO量子点具有可行性和创新性。

1 实验部分

将铜片用医用剪刀剪成规则的长方形小片（1 cm×2 cm）放入烧杯中，倒入质量分数为15%的稀硝酸清洗10 min，然后去除铜表面的氧化层，用去离子水清洗铜片并超声震荡5 min，反复3次；将清洗后的铜片放入恒温箱中，设定为50 ℃，干燥30 min；将干燥后的铜片整齐排列在氧化铝磁舟上并放入管式炉中加热。

2 合成CuO纳米线、ZnO量子点

将生长了CuO纳米线的铜片泡入物质的量浓度为1 mol/L的Zn（CH3COO）2·2H2O溶液中5 min，然后置于真空干燥箱中，设定为60 ℃，干燥30 min；干燥后的样品在空气条件下放入管式炉中退火，退火温度为475 ℃，退火4 h后得到CuO纳米线ZnO量子点异质结构，并使用TEM、SEM和XRD观察异质结构的晶体结构、形态。系统研究后发现，影响异质结构量子点成形和形态的因素有盐的浓度、退火温度、退火时间和退火的气体环境。从结果中我们可以发现，量子点的尺寸在一定温度范围内会随温度的升高而增大，CuO纳米线的长度也会

在一定温度范围内随温度的升高而增长。醋酸锌的物质的量浓度超过1 mol/L时，不会影响量子点的数目。

将制备的CuO基纳米材料样品从基底中取出，放到酒精溶液中，采用超声波分散，然后置于铜网上进行TEM测试，分析复合微结构的表面结构和形态，并得到其表面的微观功函数的空间分布和电子态密度分布。通过结合TEM和EDS研究，分析了量子点对纳米带表面电子能态的影响。具体如图1所示。

a SEM下CuO纳米带的形态 b TEM下单个纳米带的形态，纳

米带上的颗粒为ZnO量子点

图1 量子点对纳米带表面电子能态的影响

3 结论分析

当温度处于450～650 ℃之间时，CuO纳米带的直径随温度的升高而增大；当温度高于700 ℃时，无法生成CuO纳米带，且纳米带的长径比越来越大。

当温度处于425～475 ℃之间时，CuO纳米带上的ZuO量子点随温度的升高而增大；当温度高于600 ℃时，无量子点生成。

醋酸锌的物质的量浓度在0.05～1 mol/L之间时，物质的量浓度越高，单位面积量子点的数目越多；当物质的量浓度超过1 mol/L时，量子点的数目不随物质的量浓度的升高而增加。

参考文献

[1]Ramon Tena-Zaera，Jamil Elias，Gillaume Wang.Role of Chloride Ions on Electrochemical Deposition of ZnO Nanowire Arrays from O2 Reduction[J].Phys.Chem.C 2007（111）：16706-16711.

〔编辑：张思楠〕

Synthesis of CuO Nanowires ZnO Heterojunction Shape Control of Quantum Dots

Zhou Ming

Abstract： To explore the different growth time， temperature， gas and water conditions on the thermal evaporation method is used to grow CuO nanowires in shape， length， density and diameter， etc. Simple analysis of the CuO nanowires growth process， growth mechanism， and to further grow in the CuO ZuO quantum dot is studied. By changing the experiment condition， the research in different decomposition temperature and time， the influence of the concentration of zinc acetate ZuO quantum dot shape. The study found that growth temperature will affect the CuO nanoparticles within a certain scope of diameter and density； time will affect the length of the nanowires. In addition， produce different shapes under different conditions of ZnO nanoparticles. These parameters on nucleation， growth and migration of the quantum dots have very important influence.

Key words： nanowires； Growth mechanism； thermal evaporation method； photoelectric conversion rate

摘 要：探索了不同的生长时间、生长温度、气体和水分条件对采用热蒸发法生长CuO纳米线在成型、长度、致密度和直径等方面的影响。简单分析了CuO纳米线的生长过程、生长机理，并进一步研究了在CuO上生长ZuO量子点。通过改变实验条件，研究在不同温度、分解时间、乙酸锌浓度对ZuO量子点外形的影响。研究发现，生长温度会在一定范围内影响CuO纳米带的直径和致密度，时间会影响纳米线的长度。此外，在不同条件下可生成不同形状的ZnO纳米颗粒。这些参数条件对量子点的成核、生长和迁移有着至关重要的影响。

关键词：纳米线；生长机理；热蒸发法；光电转换率

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0127-01

CuO 是一种P型半导体材料，带隙较窄，能量为1.2 eV，可与太阳光谱的极大值相匹配，理论上的光电转换率为18%，是一种具有巨大潜力的太阳电池材料。一维结构的纳米材料，比如纳米线、纳米棒、纳米束、纳米管和纳米针等，具有较大的表面和体积比，具备独特的光、电、热性能。从报道来看，较短的CuO纳米棒在较温和的条件下很容易制备，但较长的一维CuO纳米线大部分是在高温下合成的，反应温度一般在 500～900 ℃之间。

ZnO是一种直接宽带隙（Eg=3.37 eV）半导体材料。它具有较高的激子束缚能（60 meV）和良好的热稳定性。由于ZnO一维纳米材料具有不同于宏观块体的小尺度效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质，使其具有许多优异的物理性能，且生长了量子点的纳米带会改变原先纳米带的光学特性。因此，在CuO纳米带上生长ZuO量子点具有可行性和创新性。

1 实验部分

将铜片用医用剪刀剪成规则的长方形小片（1 cm×2 cm）放入烧杯中，倒入质量分数为15%的稀硝酸清洗10 min，然后去除铜表面的氧化层，用去离子水清洗铜片并超声震荡5 min，反复3次；将清洗后的铜片放入恒温箱中，设定为50 ℃，干燥30 min；将干燥后的铜片整齐排列在氧化铝磁舟上并放入管式炉中加热。

2 合成CuO纳米线、ZnO量子点

将生长了CuO纳米线的铜片泡入物质的量浓度为1 mol/L的Zn（CH3COO）2·2H2O溶液中5 min，然后置于真空干燥箱中，设定为60 ℃，干燥30 min；干燥后的样品在空气条件下放入管式炉中退火，退火温度为475 ℃，退火4 h后得到CuO纳米线ZnO量子点异质结构，并使用TEM、SEM和XRD观察异质结构的晶体结构、形态。系统研究后发现，影响异质结构量子点成形和形态的因素有盐的浓度、退火温度、退火时间和退火的气体环境。从结果中我们可以发现，量子点的尺寸在一定温度范围内会随温度的升高而增大，CuO纳米线的长度也会

在一定温度范围内随温度的升高而增长。醋酸锌的物质的量浓度超过1 mol/L时，不会影响量子点的数目。

将制备的CuO基纳米材料样品从基底中取出，放到酒精溶液中，采用超声波分散，然后置于铜网上进行TEM测试，分析复合微结构的表面结构和形态，并得到其表面的微观功函数的空间分布和电子态密度分布。通过结合TEM和EDS研究，分析了量子点对纳米带表面电子能态的影响。具体如图1所示。

a SEM下CuO纳米带的形态 b TEM下单个纳米带的形态，纳

米带上的颗粒为ZnO量子点

图1 量子点对纳米带表面电子能态的影响

3 结论分析

当温度处于450～650 ℃之间时，CuO纳米带的直径随温度的升高而增大；当温度高于700 ℃时，无法生成CuO纳米带，且纳米带的长径比越来越大。

当温度处于425～475 ℃之间时，CuO纳米带上的ZuO量子点随温度的升高而增大；当温度高于600 ℃时，无量子点生成。

醋酸锌的物质的量浓度在0.05～1 mol/L之间时，物质的量浓度越高，单位面积量子点的数目越多；当物质的量浓度超过1 mol/L时，量子点的数目不随物质的量浓度的升高而增加。

参考文献

[1]Ramon Tena-Zaera，Jamil Elias，Gillaume Wang.Role of Chloride Ions on Electrochemical Deposition of ZnO Nanowire Arrays from O2 Reduction[J].Phys.Chem.C 2007（111）：16706-16711.

〔编辑：张思楠〕

Synthesis of CuO Nanowires ZnO Heterojunction Shape Control of Quantum Dots

Zhou Ming

Abstract： To explore the different growth time， temperature， gas and water conditions on the thermal evaporation method is used to grow CuO nanowires in shape， length， density and diameter， etc. Simple analysis of the CuO nanowires growth process， growth mechanism， and to further grow in the CuO ZuO quantum dot is studied. By changing the experiment condition， the research in different decomposition temperature and time， the influence of the concentration of zinc acetate ZuO quantum dot shape. The study found that growth temperature will affect the CuO nanoparticles within a certain scope of diameter and density； time will affect the length of the nanowires. In addition， produce different shapes under different conditions of ZnO nanoparticles. These parameters on nucleation， growth and migration of the quantum dots have very important influence.

Key words： nanowires； Growth mechanism； thermal evaporation method； photoelectric conversion rate

摘 要：探索了不同的生长时间、生长温度、气体和水分条件对采用热蒸发法生长CuO纳米线在成型、长度、致密度和直径等方面的影响。简单分析了CuO纳米线的生长过程、生长机理，并进一步研究了在CuO上生长ZuO量子点。通过改变实验条件，研究在不同温度、分解时间、乙酸锌浓度对ZuO量子点外形的影响。研究发现，生长温度会在一定范围内影响CuO纳米带的直径和致密度，时间会影响纳米线的长度。此外，在不同条件下可生成不同形状的ZnO纳米颗粒。这些参数条件对量子点的成核、生长和迁移有着至关重要的影响。

关键词：纳米线；生长机理；热蒸发法；光电转换率

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0127-01

CuO 是一种P型半导体材料，带隙较窄，能量为1.2 eV，可与太阳光谱的极大值相匹配，理论上的光电转换率为18%，是一种具有巨大潜力的太阳电池材料。一维结构的纳米材料，比如纳米线、纳米棒、纳米束、纳米管和纳米针等，具有较大的表面和体积比，具备独特的光、电、热性能。从报道来看，较短的CuO纳米棒在较温和的条件下很容易制备，但较长的一维CuO纳米线大部分是在高温下合成的，反应温度一般在 500～900 ℃之间。

ZnO是一种直接宽带隙（Eg=3.37 eV）半导体材料。它具有较高的激子束缚能（60 meV）和良好的热稳定性。由于ZnO一维纳米材料具有不同于宏观块体的小尺度效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质，使其具有许多优异的物理性能，且生长了量子点的纳米带会改变原先纳米带的光学特性。因此，在CuO纳米带上生长ZuO量子点具有可行性和创新性。

1 实验部分

将铜片用医用剪刀剪成规则的长方形小片（1 cm×2 cm）放入烧杯中，倒入质量分数为15%的稀硝酸清洗10 min，然后去除铜表面的氧化层，用去离子水清洗铜片并超声震荡5 min，反复3次；将清洗后的铜片放入恒温箱中，设定为50 ℃，干燥30 min；将干燥后的铜片整齐排列在氧化铝磁舟上并放入管式炉中加热。

2 合成CuO纳米线、ZnO量子点

将生长了CuO纳米线的铜片泡入物质的量浓度为1 mol/L的Zn（CH3COO）2·2H2O溶液中5 min，然后置于真空干燥箱中，设定为60 ℃，干燥30 min；干燥后的样品在空气条件下放入管式炉中退火，退火温度为475 ℃，退火4 h后得到CuO纳米线ZnO量子点异质结构，并使用TEM、SEM和XRD观察异质结构的晶体结构、形态。系统研究后发现，影响异质结构量子点成形和形态的因素有盐的浓度、退火温度、退火时间和退火的气体环境。从结果中我们可以发现，量子点的尺寸在一定温度范围内会随温度的升高而增大，CuO纳米线的长度也会

在一定温度范围内随温度的升高而增长。醋酸锌的物质的量浓度超过1 mol/L时，不会影响量子点的数目。

将制备的CuO基纳米材料样品从基底中取出，放到酒精溶液中，采用超声波分散，然后置于铜网上进行TEM测试，分析复合微结构的表面结构和形态，并得到其表面的微观功函数的空间分布和电子态密度分布。通过结合TEM和EDS研究，分析了量子点对纳米带表面电子能态的影响。具体如图1所示。

a SEM下CuO纳米带的形态 b TEM下单个纳米带的形态，纳

米带上的颗粒为ZnO量子点

图1 量子点对纳米带表面电子能态的影响

3 结论分析

当温度处于450～650 ℃之间时，CuO纳米带的直径随温度的升高而增大；当温度高于700 ℃时，无法生成CuO纳米带，且纳米带的长径比越来越大。

当温度处于425～475 ℃之间时，CuO纳米带上的ZuO量子点随温度的升高而增大；当温度高于600 ℃时，无量子点生成。

醋酸锌的物质的量浓度在0.05～1 mol/L之间时，物质的量浓度越高，单位面积量子点的数目越多；当物质的量浓度超过1 mol/L时，量子点的数目不随物质的量浓度的升高而增加。

参考文献

[1]Ramon Tena-Zaera，Jamil Elias，Gillaume Wang.Role of Chloride Ions on Electrochemical Deposition of ZnO Nanowire Arrays from O2 Reduction[J].Phys.Chem.C 2007（111）：16706-16711.

〔编辑：张思楠〕

Synthesis of CuO Nanowires ZnO Heterojunction Shape Control of Quantum Dots

Zhou Ming

Abstract： To explore the different growth time， temperature， gas and water conditions on the thermal evaporation method is used to grow CuO nanowires in shape， length， density and diameter， etc. Simple analysis of the CuO nanowires growth process， growth mechanism， and to further grow in the CuO ZuO quantum dot is studied. By changing the experiment condition， the research in different decomposition temperature and time， the influence of the concentration of zinc acetate ZuO quantum dot shape. The study found that growth temperature will affect the CuO nanoparticles within a certain scope of diameter and density； time will affect the length of the nanowires. In addition， produce different shapes under different conditions of ZnO nanoparticles. These parameters on nucleation， growth and migration of the quantum dots have very important influence.

Key words： nanowires； Growth mechanism； thermal evaporation method； photoelectric conversion rate