For the growth of ZnO nanowires on

For the growth of ZnO nanowires on silicon substrates, 0.8 g of zinc oxide powder (J. T. Baker, 99.7%) and 0.8 g of fine graphite powder (Riedel-de Hae¨n) were first well mixed by grinding. The powder mixture was transferred to a ceramic boat. Silicon (100) wafers cut to 1.5 cm × 1.5 cm were boiled with piranha acid (H2SO4:H2O in 4:1 volume ratio) for 45 min, in deionized water for another 45 min, and then sonicated in acetone and 2-propanol for 5 min, respectively. After being dried with a nitrogen stream, these substrates were sputtered with a 1-nm gold thin film as the catalyst for nanowire growth. Four substrates were mounted on the ceramic boat with the gold film facing the powder mixture for enhanced nanowire growth. The distance between the substrates and the reagent powder was about 2-3 mm. The ceramic boat was placed in the middle of a tube furnace with a 2-in. quartz tube (Thermolyne 79300). The quartz tube was purged with 50 sccm of argon and 15 sccm of oxygen. Then the furnace temperature was raised to 917 °C at a rate of ∼50 °C/min and under the same carrier gas flow. After reaction for 15 min, the furnace was allowed to cool to collect the nanowire product. To examine the photocatalytic activity of the synthesized ultralong ZnO nanowires on silicon substrates, rhodamine B (Aldrich) and 4-chlorophenol (Sigma) were chosen for the photodecomposition study. First, 3 mL of 1.0 × 10-5 M rhodamine B solution was added to a typical quartz cell, and 3 mL of 1.0 × 10-4 M 4-chlorophenol solution was added to another. Two substrates with the ultralong ZnO nanowires cut to 1.5 cm × 1 cm were vertically immersed into the two solutions separately. The two quartz cells were placed side-by-side and irradiated with light produced from a 100-W mercury lamp. The cells were placed about 25 cm from the light source to minimize the heat effect. The light intensity reaching the cells was 200 mW, as measured by a power meter. The UV-vis absorption spectra of the solutions as a function of time were recorded by removing the substrates. The spectra were obtained using a JASCO V-570 spectrophotometer. After the spectral measurements, the substrates were placed back into the solutions for further irradiation at intervals of 30 min for up to 300 min. For the examination of the ZnO nanowires on the silicon substrates as recyclable photocatalysts, UV-vis absorption spectra were taken before and after irradiation for 60 and 120 min. After that, the substrates were rinsed with deionized water to fully remove the residual organic species on the substrates. The same substrates were subsequently immersed into fresh rhodamine B and 4-chlorophenol solutions at the same concentrations for another run of experiment. The procedure was performed for 10 cycles to evaluate the suitability of the ZnO nanowires for multiple uses in the photodecomposition of common organic dye molecules and environmental contaminants. In addition, photodecomposition of rhodamine B under direct sunlight was tested. The same concentration of rhodamine B solution was used. UV-vis absorption spectra of the samples with and without placing a substrate with ZnO nanowires were taken after 6 h ofbright sunlight irradiation. The morphology of the as-synthesized ZnO nanowire samples was examined with the use of field emission scanning electron microscopes (FE-SEM) (Hitachi S4700 and JEOL JSM-6360F). The substrates were purposely cut and placed vertically to examine the nanowire growth condition on the substrate surface. A JEOL JEM3000F field emission transmission electron microscope (TEM) operated at 300 kV was used for the detailed structural characterization of the nanowires. Powder X-ray diffraction (XRD) patterns of the nanowire samples were obtained with a Shimadzu XRD-6000 diffractometer with Cu KR radiation. UV-vis diffuse reflectance spectra of the samples were recorded on a Hitachi U-3310
spectrophotometer equipped with an integrating sphere. A Hitachi F-4500 fluorescence spectrophotometer with a solid sample holder was used for the photoluminescence spectra of the nanowire samples.
Results and Discussion
The ultralong ZnO nanowires were synthesized by transporting zinc vapor, generated through the carbothermal reduction of ZnO powder at 917 °C (1:1 weight ratio of ZnO and graphite powder), onto gold-catalyzed silicon substrates in a mixed argon-oxygen carrier gas flow. The substrates were placed just millimeters away from the zinc vapor source. The reaction conditions were optimized to grow the longest ZnO nanowires possible. Figure 1 shows the largearea and close FE-SEM views of the as-synthesized ZnO nanowires on silicon (100) substrates. The nanowires are extremely long with typical lengths of 85-100 µm. They are largely vertically oriented, although a portion of them are tilted at some angles, presumably due to the crowding effect and crystal growth condition at the base of the nanowires (see Figure 1d). These nanowires can grow to such ultralong len

Kết quả (Việt) 1:

Đối với sự phát triển của ZnO nanowires trên chất nền silicon, cách 0.8 g oxit kẽm bột (J. T. Baker, 99,7%) và cách 0.8 g bột mịn graphite (Riedel-de Hae¨n) đã lần đầu tiên cũng pha trộn bằng cách mài. Hỗn hợp bột được chuyển sang một chiếc thuyền gốm. Tấm wafer silicon (100), cắt tới 1,5 cm x 1,5 cm đã được đun sôi với piranha acid (H2SO4:H2O tỷ lệ 4:1 khối lượng) cho 45 phút, trong deionized nước cho một 45 phút, và sau đó sonicated trong acetone và 2-propanol cho 5 phút, tương ứng. Sau khi được sấy khô với một dòng suối nitơ, những chất đã được sputtered với một màng mỏng vàng 1-nm như chất xúc tác cho sự phát triển nanowire. Bốn chất được lắp trên thuyền gốm với phim vàng đối mặt với hỗn hợp bột cho sự tăng trưởng tăng cường nanowire. Khoảng cách giữa các chất và bột tinh khiết khoảng 2-3 mm. Thuyền sứ được đặt ở giữa một ống lò với một ống 2-in. thạch anh (Thermolyne 79300). Ống thạch anh đã bị thanh lọc với 50 sccm argon và 15 sccm oxy. Sau đó nhiệt độ lò nung được dựng lên 917 ° C ở mức dưới dòng khí cùng tàu sân bay và ∼50 ° C/phút. Sau phản ứng cho 15 phút, lò đã được cho phép để nguội để thu thập các sản phẩm nanowire. Để kiểm tra photocatalytic hoạt động nanowires ZnO ultralong tổng hợp trên chất nền silicon, rhodamine B (Aldrich) và 4-chlorophenol (Sigma) đã được chọn cho học photodecomposition. Đầu tiên, 3 mL 1.0 x 10-5 m, giải pháp rhodamine B đã được bổ sung để một tế bào điển hình thạch anh, và 3 mL 1.0 × 10-4 M 4-chlorophenol giải pháp đã được bổ sung khác. Hai chất với nanowires ZnO ultralong cắt 1,5 cm x 1 cm theo chiều dọc được đắm mình vào hai giải pháp một cách riêng biệt. Các tế bào thạch anh hai được đặt cạnh nhau và chiếu xạ với ánh sáng được sản xuất từ một đèn thủy ngân 100-W. Các tế bào được đặt khoảng 25 cm từ nguồn ánh sáng để giảm thiểu các hiệu ứng nhiệt. Cường độ ánh sáng đạt đến các tế bào là 200 mW, được đo bằng đồng hồ điện. Quang phổ hấp thụ UV-vis các giải pháp như là một chức năng của thời gian đã được ghi lại bằng cách loại bỏ các chất nền. Quang phổ được thu được bằng cách sử dụng một phối JASCO V-570. Sau khi đo đạc quang phổ, các chất đã được đặt trở lại vào các giải pháp để tiếp tục chiếu xạ khoảng 30 phút cho lên đến 300 phút. Xét nghiệm nanowires ZnO trên chất nền silicon như tái chế xúc, quang phổ hấp thụ UV-vis được chụp trước và sau khi bức xạ trong 60 và 120 phút. Sau đó, các chất được rửa với nước deionized để hoàn toàn loại bỏ các loài hữu cơ còn lại trên các chất nền. Cùng một chất nền sau đó đã được đắm mình vào tươi rhodamine B và các giải pháp 4-chlorophenol ở nồng độ tương tự cho một chạy thử nghiệm. Các thủ tục được thực hiện trong các chu kỳ 10 để đánh giá sự phù hợp của ZnO nanowires để sử dụng nhiều trong photodecomposition phổ biến các thuốc nhuộm hữu cơ phân tử và các chất gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, photodecomposition rhodamine B dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp đã được thử nghiệm. Nồng độ tương tự của rhodamine B giải pháp đã được sử dụng. Quang phổ hấp thụ UV-vis các mẫu với và không có việc đặt một bề mặt với ZnO nanowires đã được thực hiện sau 6 h ofbright ánh sáng mặt trời chiếu xạ. Hình thái của như tổng hợp ZnO nanowire mẫu đã được kiểm tra với việc sử dụng các lĩnh vực khí thải quét kính hiển vi điện tử (FE-SEM) (Hitachi S4700 và JEOL JSM-6360F). Các chất đã cố ý cắt và được đặt theo chiều dọc để kiểm tra các điều kiện phát triển nanowire trên bề mặt bề mặt. JEOL JEM3000F phát thải lĩnh vực truyền tải điện tử kính hiển vi (TEM) hoạt động ở 300 kV được sử dụng cho các đặc tính cấu trúc chi tiết của các nanowires. Bột nhiễu xạ tia x (XRD) mô hình mẫu nanowire đã thu được với một diffractometer Shimadzu XRD-6000 với Cu KR bức xạ. Quang phổ UV-vis phản xạ khuếch tán của các mẫu đã được ghi lại trên một Hitachi U-3310spectrophotometer equipped with an integrating sphere. A Hitachi F-4500 fluorescence spectrophotometer with a solid sample holder was used for the photoluminescence spectra of the nanowire samples.Results and DiscussionThe ultralong ZnO nanowires were synthesized by transporting zinc vapor, generated through the carbothermal reduction of ZnO powder at 917 °C (1:1 weight ratio of ZnO and graphite powder), onto gold-catalyzed silicon substrates in a mixed argon-oxygen carrier gas flow. The substrates were placed just millimeters away from the zinc vapor source. The reaction conditions were optimized to grow the longest ZnO nanowires possible. Figure 1 shows the largearea and close FE-SEM views of the as-synthesized ZnO nanowires on silicon (100) substrates. The nanowires are extremely long with typical lengths of 85-100 µm. They are largely vertically oriented, although a portion of them are tilted at some angles, presumably due to the crowding effect and crystal growth condition at the base of the nanowires (see Figure 1d). These nanowires can grow to such ultralong len

Kết quả (Việt) 2:

Đối với sự phát triển của các dây nano ZnO trên đế silicon, 0,8 g bột kẽm oxit (JT Baker, 99,7%) và 0,8 g bột graphite tốt (Riedel-de Haen) đã được pha trộn đầu tiên cũng bằng cách nghiền. Hỗn hợp bột đã được chuyển giao cho một chiếc thuyền gốm. Silicon (100) Bánh cắt đến 1,5 cm x 1,5 cm đã được đun sôi với axit piranha (H2SO4: H2O trong 4: 1 tỷ lệ khối lượng) trong 45 phút, trong nước khử ion cho thêm 45 phút, và sau đó âm trong trong aceton và 2-propanol cho 5 phút, tương ứng. Sau khi được sấy khô với một dòng nitơ, các chất nền được phún xạ với một 1-nm vàng màng mỏng như là chất xúc tác cho sự tăng trưởng dây nano. Bốn chất được gắn trên thuyền gốm với bộ phim vàng đối mặt với hỗn hợp bột để tăng cường sự tăng trưởng dây nano. Khoảng cách giữa các chất và bột thuốc thử là khoảng 2-3 mm. Chiếc thuyền gốm được đặt ở giữa một lò ống với một 2-in. ống thạch anh (Thermolyne 79.300). Các ống thạch anh đã được thanh lọc với 50 SCCM của argon và 15 SCCM oxy. Sau đó, nhiệt độ lò đã được nâng lên đến 917 ° C với tốc độ ~50 ° C / phút và dưới dòng khí mang cùng. Sau khi phản ứng trong 15 phút, lò được phép làm mát để thu thập các sản phẩm dây nano. Để kiểm tra các hoạt động quang xúc tác của các dây nano ZnO ultralong tổng hợp trên chất nền silicon, rhodamine B (Aldrich) và 4-chlorophenol (Sigma) đã được lựa chọn cho nghiên cứu photodecomposition. Đầu tiên, 3 mL 1.0 x 10-5 M giải pháp Rhodamine B đã được thêm vào một tế bào thạch anh điển hình, và 3 mL 1.0 x 10-4 M giải pháp 4-chlorophenol đã được bổ sung khác. Hai chất với các dây nano ZnO ultralong cắt đến 1,5 cm x 1 cm được theo chiều dọc đắm mình vào hai giải pháp riêng biệt. Hai ô thạch anh đã được đặt side-by-side và ánh sáng rọi vào sản xuất từ một bóng đèn thủy ngân 100-W. Các tế bào được đặt vào khoảng 25 cm từ nguồn ánh sáng để giảm thiểu hiệu ứng nhiệt. Cường độ ánh sáng đến các tế bào là 200 mW, được đo bằng một đồng hồ điện. UV-vis quang phổ hấp thụ của các giải pháp như là một hàm của thời gian đã được ghi nhận bằng cách loại bỏ các chất nền. Các quang phổ thu được sử dụng một máy quang phổ JASCO V-570. Sau khi các phép đo quang phổ, các chất nền được đặt trở lại vào các giải pháp chiếu xạ hơn nữa trong khoảng thời gian 30 phút để lên đến 300 phút. Đối với việc kiểm tra các dây nano ZnO trên chất nền silicon làm chất xúc tác quang có thể tái chế, UV-vis quang phổ hấp thụ được thực hiện trước và sau khi chiếu xạ 60 và 120 phút. Sau đó, các chất nền được rửa với nước cất để loại bỏ hoàn toàn các loài hữu cơ còn sót trên chất nền. Các chất tương tự sau đó được đắm mình vào Rhodamine B và 4 giải pháp chlorophenol tươi ở nồng độ tương tự cho một đợt thí nghiệm. Các thủ tục được thực hiện trong 10 chu kỳ để đánh giá sự phù hợp của các dây nano ZnO cho sử dụng nhiều trong photodecomposition của các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ phổ biến và chất gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, photodecomposition của Rhodamine B dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp đã được thử nghiệm. Sự tập trung cùng một dung dịch Rhodamine B đã được sử dụng. Hấp thụ quang phổ UV-vis của các mẫu có và không có cách đặt một chất nền với các dây nano ZnO đã được thực hiện sau khi chiếu xạ 6 h ofbright ánh sáng mặt trời. Các hình thái của các mẫu dây nano ZnO khi được tổng hợp đã được kiểm tra với việc sử dụng các phát xạ trường kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM) (Hitachi S4700 và JEOL JSM-6360F). Các chất nền đã cố cắt và đặt theo chiều dọc để kiểm tra các điều kiện tăng trưởng dây nano trên bề mặt chất nền. Một JEOL JEM3000F phát xạ trường kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) hoạt động ở 300 kV đã được sử dụng cho các đặc tính cấu trúc chi tiết của các dây nano. Bột nhiễu xạ tia X (XRD) mô hình của các mẫu dây nano đã thu được với một Shimadzu XRD-6000 nhiễu xạ với bức xạ Cu KR. UV-vis khuếch tán phản xạ phổ của các mẫu được ghi lại trên một Hitachi U-3310
máy quang phổ được trang bị với một quả cầu tích hợp. Một Hitachi F-4500 huỳnh quang phổ với một người giữ mẫu rắn được sử dụng cho các phổ phát sáng quang của các mẫu dây nano.
Kết quả và thảo luận
các dây nano Các ultralong ZnO đã được tổng hợp bằng cách vận chuyển hơi kẽm, tạo ra thông qua việc giảm carbothermal của ZnO bột ở 917 ° C ( tỷ lệ trọng lượng 1 của ZnO và bột than chì), trên các đế silicon vàng xúc tác trong một argon-oxy lưu lượng khí mang hỗn hợp: 1. Các chất được đặt ngay mm đi từ nguồn hơi kẽm. Các điều kiện phản ứng đã được tối ưu hóa để phát triển các dây nano ZnO dài nhất có thể. Hình 1 cho thấy largearea và quan điểm FE-SEM chặt chẽ của các dây nano ZnO khi được tổng hợp trên silicon (100) chất nền. Các dây nano là rất dài với độ dài tiêu biểu của 85-100 mm. Họ được định hướng chủ yếu theo chiều dọc, mặc dù một phần trong số họ đang nghiêng ở một số góc độ, có lẽ là do hiệu ứng số đông và tình trạng tăng trưởng tinh thể tại các cơ sở của các dây nano (xem Hình 1d). Những dây nano có thể phát triển để len ultralong như vậy