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图1 世界能源可使用时间
近年来，凭借其优异的光电性质和广阔的应用前景，一维纳米材料成为了科学研究的热点。由于半导体材料中，不同的晶面具有不同的表面原子排布和电子能带结构，因而作为电极的半导体材料所暴露的晶面对其光电催化活性具有重要的影响。但是大多数半导体光电极材料由于带隙较宽、稳定性差、表面复合率较高等因素，导致其光电催化活性比较低，限制了其实际应用的发展。目前，一维ZnO纳米材料研究的方向是ZnO纳米材料的可控性和制备的高产率，ZnO结构和光电性能的调控，ZnO纳米材料和器件的性能测试以及评价等。
ZnO是第三代半导体材料，具有良好的光电性质, 在太阳能电池的研究中具有重要地位。Zn元素在自然界中比较广泛，原料丰富，无毒无污染，是一种绿色环保型材料；ZnO制备比较简单，成本较低，易于工艺加工；而且ZnO熔点较高（1975 ℃），热稳定性好；ZnO是目前已知的唯一具有半导体和压电体双重特征的材料, 在微纳电子器件及微纳电源上具有极为广阔的发展空间。因而ZnO纳米材料在微纳米器件及微纳电源等研究领域日益受到重视。
1. ZnO材料的结构和光学性质
1.1 ZnO的晶体结构
ZnO是一种II-VI族半导体，主要有纤锌矿结构和闪锌矿结构两种晶体结构。如图2所示为ZnO晶体两种结构模型图。自然条件下，六方纤锌矿结构是最稳定的晶体结构，所以在自然界中也最为常见。在室温下，纤锌矿结构的ZnO 晶体晶格常数a=0.32475~0.32501 nm ，c=0.52042~ 0.52075 nm，c/a=1.593~1.6035接近理想的六角单元结构c/a=1.633。
Zn原子和O原子各自按照如图所示的方式紧密排列堆积形成六方结构，每个Zn原子周围有四个O原子，每个O原子周围有四个Zn原子。Zn原子在c轴方向上的分布是不对称的，其分布偏向于（0001）面，而远离（0001）面，这就使得ZnO晶体表现为非极性。由于ZnO晶体的晶格为非中心对称结构，导致其具有压电和热电的特性。Zn和O电负性存在差异，使得纤锌矿ZnO晶体在具有共价键晶体特征的同时也具有离子晶体的特征。实际上，ZnO晶体中总是存在非理想化学计量比点缺陷，因而未掺杂的ZnO晶体是典型的弱n型氧化物半导体。