ZnO作为一种宽禁带氧化物,是目前研究最为广泛的半导体材料,具有很好的光电、压电、铁电、热电等性能。随着纳米技术的发展,ZnO纳米结构的研究方兴未艾。由于纳米材料的尺寸效应,在ZnO纳米材料制备过程中,如何很好地控制其尺寸是一直以来需要解决的关键问题。另一方面,元素掺杂是调控ZnO半导体特性以及磁、光性能的有效途径。向ZnO中引入磁性或其他3d过渡金属元素,可以获得在室温下具有铁磁性的稀磁半导体,在新型自旋电子器件上有着广泛的应用前景。而在利用ZnO宽的带隙而将其作为光催化材料降解有机污染物时,由于自然光中紫外光所占比例很小,且光生电子空穴对易于复合,极大地限制了ZnO对太阳光的利用,通过纳米结构和掺杂控制可以有效调控其光催化特性。本论文主要采用新型微波辅助水热法制备不同形貌的ZnO纳米结构,尝试通过工艺参数调控其尺寸和性能;同时研究了形貌和稀土掺杂对ZnO光催化特性的影响以及Co、Cu掺杂ZnO纳米材料的光学与磁性特征。论文主要研究内容和主要结论如下:首先,采用物理气相沉积和微波水热法相结合,在Si基底上合成了ZnO纳米棒阵列。系统地研究了反应物浓度、反应温度以及反应时间等合成条件对ZnO结构和发光性能的影响。通过工艺参数调整成功地实现了纳米棒的尺寸和光致发光性能的调控。其次,采用不同的工艺合成了不同形貌的ZnO纳米结构,包括纳米颗粒、纳米片、纳米棒和纳米花;研究了反应物配比、加热温度、加热时间和催化剂等反应条件对形貌的影响;研究了形貌对纳米ZnO光催化降解亚甲基蓝性能的影响,发现ZnO纳米颗粒具有最好的光催化活性。另外,还系统研究了ZnO投入量、亚甲基蓝初始浓度对ZnO纳米颗粒降解亚甲基蓝的光催化性能的影响。再次,用微波水热法合成了不同形貌的Co掺杂ZnO纳米结构,包括纳米花、纳米颗粒和纳米棒,系统地研究了Co掺杂对形貌、结构、光学和磁学性能的影响。在Co掺杂ZnO纳米棒中发现了第二相Co3O4,而在Co掺杂ZnO纳米颗粒和纳米花中没有发现第二相。Co的掺入对ZnO的形貌有重要影响,ZnO纳米花掺入Co之后,没有观察到纳米花状结构;Zn O纳米颗粒掺入Co之后,其尺寸减小;纳米棒掺入Co之后,棒的表面变得不光滑。随着Co元素的掺入,所有样品的发光强度均减弱。纯ZnO和Co掺杂ZnO纳米花具有室温铁磁性,且随掺杂浓度的提高,饱和磁化强度在不断地增加;未掺杂的ZnO纳米颗粒为抗磁性,随着Co掺杂浓度从0增大到3%,样品表现出铁磁行为,当掺杂浓度增大到4%时,样品表现为顺磁性;纯ZnO纳米棒主要为抗磁性,随着Co掺杂浓度的增大,样品表现出铁磁行为,饱和磁化强度先增大后减小,磁化强度的减小与反铁磁性第二相Co3O4的析出有关。另外,研究了Cu掺杂ZnO纳米颗粒的光学和磁学性能。Cu掺杂没有导致第二相的产生,但会轻微减小纳米颗粒的尺寸,Cu元素的价态为+2价。随着Cu元素的掺入,样品的发光强度减弱。由于Cu2+可以产生磁矩,Cu掺杂ZnO纳米颗粒中出现铁磁性,随着掺杂浓度的提高,其饱和磁化强度增强。同时,样品中还存在抗磁性,可能是由于掺杂的不均匀性导致的。最后,用微波水热法合成了Ce掺杂ZnO纳米颗粒,系统地研究了Ce掺杂浓度对形貌、结构、光学和光催化性能的影响。随着Ce元素的掺入,在颗粒的表面出现了更小的第二相CeO2纳米颗粒。随着Ce掺杂浓度的增加,样品的紫外吸收边带发生了红移,其能隙不断减小,对可见光的响应增强。研究了Ce掺杂浓度对ZnO纳米颗粒在紫外光和可见光下催化降解亚甲基蓝的影响。随着Ce掺杂浓度的增大,样品的紫外光和可见光催化降解速率先增大后减小。论文工作对于理解Zn O基纳米材料基本特性和开发其新的应用特性具有积极意义。