Bi2S3納米材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，半導體納米材料由于其獨特的物理性質及其在光電領域的重要應用而被廣泛關注。硫化鉍(Bi2S3)是一種層狀結構的高度各向異性的半導體材料，它的直接帶隙能為1.3eV，具有良好的光學和熱電性質而被應用到熱電冷卻和光電轉換器件中。納米Bi2S3材料不僅能引起吸收波長和熒光發(fā)射峰發(fā)生藍移，還能產(chǎn)生非線性光學響應，并能增強納米粒子的氧化、還原能力。納米Bi2S3及其組裝體系具有優(yōu)異的光電和催化性能，在發(fā)光材料、非線性光學材料、光催化材料等方

2、面有著廣泛的應用前景。納米材料的性質與其顆粒的尺寸、形貌有著密切的關系，人們越來越關注各種材料的納米尺度特殊形貌和納米結構，希望能了解結構與性能的關系，半導體納米材料的形貌可控合成是納米材料制備領域的研究重點。
　　 本文采用水熱法，以五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O）為鉍源，不同的硫源(Na2S·9H2O，CH3CSNH2，CS(NH2)2，Na2S2O3·5H2O)作為反應物、尿素為礦化劑，系統(tǒng)地研究了各種反應條件對

3、管狀、棒狀、花狀等不同形貌的納米Bi2S3形成的影響，對不同形貌的納米Bi2S3的形成過程、機理及其光學性能進行了研究。論文的具體內容主要有以下幾個部分:
　　 第一部分以NaBiS2為前驅物水熱法制備Bi2S3納米管。以Bi(NO3)3·5H2O和Na2S·9H2O為原料，在不同的多元醇溶劑中成功制得備了管狀的納米Bi2S3。實驗發(fā)現(xiàn)、反應物的比例、溶劑種類、表面活性劑、溫度和時間等因素對Bi2S3納米晶的形貌有影響。通過對丙

4、三醇-水的混合溶劑中不同反應時間制備的Bi2S3樣品的分析，發(fā)現(xiàn)Bi2S3納米管的形成可能是固體-溶液-固體轉化過程，在上述反應體系中，形成的NaBiS2前驅物在水熱條件下的分解、結晶是Bi2S3納米管形成的關鍵。對Bi2S3納米管的光學性能也進行了研究，紫外-可見-近紅外吸收光譜表明Bi2S3納米管對900nm以下的光有較強的吸收，當激發(fā)波長為519nm時，Bi2S3納米管在778nm處有一個較強的熒光發(fā)射峰。
　　 第二部分

5、采用水熱法成功制備出了棒狀的納米Bi2S3。以Bi(NO3)3·5H2O為鉍源，硫代乙酰胺(CH3CSNH2)為硫源在不同的溶劑中合成了較小尺寸的Bi2S3納米棒。樣品的形貌和尺寸受到S與Bi的比例、溶劑種類、表面活性劑、溫度和時間等因素影響。通過控制不同的條件可得到形貌均一納米棒，并對小尺寸Bi2S3納米棒的生長過程及光學性能進行了初步討論，發(fā)現(xiàn)在水熱反應過程中Bi2S3晶核沿著c軸優(yōu)先生長，最終形成了一維的納米棒的單晶結構。

6、　　 第三部分1.采用水熱法以Bi(NO3)3·5H2O為鉍源，硫脲(CS(NH2)2)為硫源，在不同的溶劑中合成了由納米棒組成的海膽狀Bi2S3。形貌和尺寸受到S與Bi的比例、溶劑、反應溫度和反應時間等因素的影響，通過控制不同的條件可以得到形貌均一的Bi2S3，對海膽狀Bi2S3納米材料的光學性能及生長過程進行了初步討論，并針對這種形貌提出了自組裝原理。
　　 2.采用水熱法以Bi(NO3)3·5H2O為鉍源，Na2S2O3

7、·5H2O為硫源，尿素為礦化劑在不同的溶劑中合成了均一的硫化鉍納米花。Bi2S3的形貌和尺寸受到S、Bi的比例、溶劑種類、反應溫度、反應時間等因素影響。通過控制不同的條件可得到形貌均一的Bi2S3納米花。提出Bi2S3納米花的生長過程可能是一個固體-溶液-固體轉化與自組裝的過程，并對及其光學性能進行了研究。
　　 實驗結果表明，通過水熱法可以制備出形貌均一、尺寸均勻的管狀、棒狀、海膽狀Bi2S3納米結構。反應物配比、溶劑種類、表