Co²⁺掺杂ZnO纳米粉体的结构优化与光性质调控

本研究论文于2011年发表在《西安交通大学学报》第45卷第7期，主要探讨了通过溶胶-凝胶法成功制备的Co掺杂ZnO纳米粉体的结构和光学性质。作者夏玉静和贺涛分别来自南京工业大学材料科学与工程学院以及国家纳米科学中心。 首先，实验采用了溶胶-凝胶技术，这是一种常用于制备纳米材料的方法，通过溶液中的化学反应形成纳米粒子。制备出的Zn1-xCOxO（ZnO中掺杂了Co2+）纳米粉体的浓度范围为0.01~0.05。通过X射线衍射(XRD)技术，研究人员确认Co是以二价离子Co2+的形式嵌入ZnO晶体结构中，这表明掺杂过程并未改变ZnO的基本六角纤锌矿晶格类型。 进一步的研究发现，随着Co掺杂量的增加，纳米粉体的光学带隙呈现逐渐变窄的趋势。这种变化反映了掺杂对ZnO电子结构的影响，带隙的减小通常意味着吸收光的能力增强，但在紫外吸收光谱上观察到了三个明显特征吸收峰，这可能是由于Co离子引入了额外的能级，导致光吸收谱的复杂性增加。 最后，光致发光光谱的分析揭示了一个有趣的现象：随着Co2+掺杂浓度的提升，ZnO的荧光强度反而减弱。这一现象可能与杂质态的激发和能量转移机制有关，Co掺杂可能改变了ZnO的辐射效率或者增加了非辐射复合过程。 这篇论文深入研究了Co掺杂对ZnO纳米粉体结构和光学性质的影响，为理解纳米材料的掺杂调控提供了有价值的信息，对于优化纳米材料的性能，特别是光电器件的设计和应用具有重要意义。