Synthesis and Characterization of Colloidal ZnO Nanorods and Ag-ZnO Heterostructures

Abstract

In this study, colloidal ZnO nanorods and Ag-ZnO heterostructures was synthesized and characterized to investigate their optical properties. Solvothermal synthesis was employed to control the length of ZnO nanorods with uniform diameter. Varying the added amount of KOH in solvothermal growth stage led the formation of anisotropic ZnO nanorods with various aspect ratios. Ag-ZnO heterostructures with Ag nanoparticles deposited on ZnO nanorods were synthesized in aqueous phase. Ag-ZnO heterostructures prepared via simple silver mirror reaction in presence of ZnO nanorods showed dimer-like structures with single Ag nanoparticles attached on the tips of individual ZnO nanorods. Through the surface modification of ZnO nanorods with polyelectrolytes and Sn(II) prior to the silver mirror reaction of Ag(I), Ag-ZnO heterostructures with multiple Ag nanoparticles evenly deposited on the surface of ZnO nanorods were prepared. UV-vis absorption spectra of Ag-ZnO heterostructures showed the absorption peaks arising from the band gap of ZnO and the surface plasmon resonance of Ag nanoparticles. And surface enhanced Raman scattering (SERS) activity of Ag-ZnO heterostructures was examined. The resulting ZnO nanorods and Ag-ZnO heterostructures were characterized with transmission electron microscopy, X-ray diffractometer, UV-vis spectroscopy, and micro-Raman spectrometer.

본 연구에서는 콜로이드 상태의 산화아연 나노막대와 은-산화아연 복합체를 합성하고 그 특징을 탐구하였다. 균일한 지름을 가진 산화아연 나노막대의 길이 조절을 위해 용매열합성법을 이용했다. 용매열합성법에서 수산화칼륨의 추가적인 첨가의 조절은 비등방성 산화아연 나노막대의 다양한 종횡비를 초래했다. 은 나노입자가 산화아연 나노막대에 부착된 은-산화아연 복합체는 수용액 상태에서 합성되었다. 산화아연 나노막대가 있는 상태에서 은거울반응으로 합성된 은-산화아연 복합체에서는 하나의 은 나노입자가 하나의 산화아연 나노막대에 부착되었다. 산화아연 나노막대 표면을 고분자전해질과 Sn2+로 처리하고 Sn2+와 포름알데하이드로 은을 환원시키면 여러 개의 은 나노입자가 균일하게 산화아연 막대의 표면에 부착된 은-산화아연 복합체가 합성되었다. 은-산화아연 복합체의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼에서는 산화아연의 밴드갭과 은 나노입자의 표면 플라즈몬 공명에 의한 흡수 피크가 관찰되었다. 그리고 은-산화아연 복합체의 표면 증강 라만 산란(SERS) 활성이 관찰되었다. 산화아연 나노막대와 은-산화아연 복합체의 성질은 투과 전자 현미경, X선 회절 분석기, 자외선-가시광선 분광광도계, 마이크로 라만 분광계로 분석되었다.