ZnO纳米结构由于具有宽的直接带隙、大的激子束缚能以及大的长径比等优点,在纳电子器件、光子器件、场发射器件、生物传感、污染物的探测与降解等领域具有良好的应用潜力,已引起广泛关注和研究。其中,一维ZnO纳米结构的可控制备是其获得应用的前提;同时,不同应用器件对ZnO纳米结构及其形貌的要求也不同。为此,本文围绕一维ZnO纳米结构的可控制备开展研究,并深入探索了不同结构ZnO纳米线在场发射、光催化、钙钛矿电池等方面的应用。具体研究内容与成果如下:(1)不同ZnO纳米结构制备:我们采用三温区管式炉,通过控制基底温度、降温过程以及气体流量制备出单结、双结、多结、针状以锥装及等结构ZnO纳米线阵列。结果显示,通过控制基底温度可实现单结到双结的生长转变。在实验中,当基底温度在520℃以上时,制备的纳米线为单结结构,而在480℃时可生长双结结构。通过改变降温速率,可实现多结或针状ZnO纳米结构制备。实验中,基底在15分钟内从520℃降低到440℃时,制备的纳米线为三到四结的多结结构,而当降温时间延长至20分钟时,制备的纳米线为类针状结构。通过减少高温阶段的时间,减少底部粗直径部分的长度,可实现针状到锥状结构的转变。另外,通过改变氧气流量,可调控材料的生长速率,即纳米锥长度。最后,我们通过扩散效应对相关结构生长进行了解释。(2)不同ZnO纳米结构场发射特性:我们研究了纳米柱、纳米铅笔、纳米塔、纳米针这四种ZnO纳米结构的场发射特性。结果表明,纳米线场发射特性与结构有明显的关系,塔状纳米具有最优异的电子发射行为。根据福勒-诺德海姆发射理论(FN理论),场增强因子和形貌因子是影响场发射的重要参数。铅笔状ZnO纳米线具有最大的场增强因子,而针状纳米线具有最大的形貌因子,其开启电场分别为5.71 V/μm及11.24 V/μm。相比之下,塔状纳米线具有第二大的场增强因子及第三高的形貌因子,却表现出最优异的场发射行为,其开启电场为4.36V/μm。因此,可以看出,只有具有场发射因子及形貌因子的最佳组合,纳米线才表现出最优异的场发射性质。另外,我们通过有限元法的表面静电场模拟发现,塔状纳米线由于具有较多的台阶及较低的场屏蔽效应,才使得其具有较高的场增强能力及较高的发射面积。本章的工作为设计高效冷场电子发射器件提供了有益的启发。(3)ZnO/ZnSe纳米结构光催化降解特性:我们研究了单直径与双直径ZnO/ZnSe纳米线阵列对于玫瑰红B有机染料的光催化降解特性。研究表明,双直径ZnO/ZnSe纳米线上层具有较细的ZnO核层直径,呈现较大的晶格拉应力,使得其具有更大的共格层厚度及其较高的载流子分离效率。另外,相比于单结纳米线阵列,双直径同轴纳线阵列具有较高的漫反射强度,使得其在整个可见光谱区域具有更强的光吸收。最后的光催化降解实验表明,双直径同轴纳米线降解效率相对于单直径ZnO/ZnSe纳米线阵列呈现出1.3倍的提高。本章工作提供了一种通过调控界面应力来提高异质纳米材料光催化效率的有效方法。(4)ZnO纳米结构钙钛矿电池:我们分别采用ZnO纳米线及ZnO纳米锥制备了钙钛矿太阳能电池。ZnO纳米锥具有较高的光透射性能,与钙钛矿前驱液间具有较好的浸润性,但用其制备的太阳能电池效率仅为2.7%。通过相关性质的表征发现,锥状ZnO表明活性较强,易引起钙钛矿材料分解,使得电池效率较低。相比之下,用ZnO纳米线制备钙钛矿太阳能电池性能较好,最高转化效率为10.2%。尽管ZnO相比于常用的Ti02电子传输层具有更高的载流子迁移率,但如何避免其降解钙钛矿材料是制备高性能ZnO纳米结构钙钛矿电池中最关键的问题。