CdS，ZnS基復(fù)合納米晶合成、生長(zhǎng)機(jī)理及性能考察.pdf

1、Ⅱ-Ⅵ族硫化物半導(dǎo)體在光學(xué)、電學(xué)、光電轉(zhuǎn)換、光催化等領(lǐng)域顯示了優(yōu)良的物理化學(xué)特性和廣闊的應(yīng)用前景，其微觀尺寸和形態(tài)對(duì)其性能有著重要影響。納米級(jí)或具有微納結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ族硫化物半導(dǎo)體已引起材料和化學(xué)研究者的廣泛關(guān)注。隨著研究的不斷深入，研究者已經(jīng)從對(duì)單一組分物質(zhì)的制備研究、性能考察，拓展到對(duì)多組分復(fù)合體系的探索。微納復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅集合了各單一組分的功能和性質(zhì)，而且各組分間的協(xié)同作用可望為復(fù)合體系引入新的性能。本研究以CdS，ZnS基復(fù)合納米結(jié)

2、構(gòu)作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)溶液相化學(xué)途徑，成功制備了三元立方體狀A(yù)g-Ag2S-CdS復(fù)合納米晶、二元火柴棒狀A(yù)g2S-CdS復(fù)合納米晶和球形碳包覆硫化鋅納米簇。此外，還優(yōu)選小分子胺調(diào)制劑，探究了單分散硫化鎘納米晶的生長(zhǎng)。用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)、X-射線光電子能譜(XPS)等手段對(duì)所得樣品進(jìn)行了系統(tǒng)表征;深入研究和分析了復(fù)合結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，考察了所得CdS，

3、ZnS基微納結(jié)構(gòu)在光熱轉(zhuǎn)換、化學(xué)吸附和光電化學(xué)分解水方面的可能應(yīng)用。具體如下:
　　1.優(yōu)選分子前驅(qū)體，設(shè)計(jì)了單罐單步途徑，成功合成了立方體狀三元復(fù)合納米晶Ag-Ag2S-CdS。所得Ag-Ag2S-CdS復(fù)合納米晶具有較好的單分散性，在基底上能自組裝成有序結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，Ag-Ag2S-CdS復(fù)合納米晶的生長(zhǎng)過(guò)程是反應(yīng)“自調(diào)控”的。在無(wú)任何干預(yù)的情況下，依次生成Ag2S、Ag、CdS，其中，Ag的生成源自于先前生成的Ag2S的部

4、分還原，超離子導(dǎo)體Ag2S催化誘導(dǎo)CdS組分在其表面生長(zhǎng)。所得三元復(fù)合納米晶具有近紅外發(fā)光和光熱轉(zhuǎn)換特性。重要的是，相較純相組分，三元復(fù)合納米晶顯示了增強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)換效率，該增強(qiáng)效應(yīng)可能與復(fù)合納米晶中的異質(zhì)界面有關(guān)。該單罐單步途徑制備三元復(fù)合納米晶不僅可促進(jìn)多組分復(fù)合微納體系合成方法學(xué)的發(fā)展，而且該研究為高性能光熱轉(zhuǎn)換劑的發(fā)展提供了思路——引入異質(zhì)界面。
　　2.發(fā)展微波輔助方法合成了Ag2S-CdS復(fù)合納米晶。研究發(fā)現(xiàn)，Ag2S納

5、米晶能在微波輻射條件下誘導(dǎo)CdS在其表面生長(zhǎng)。在此過(guò)程中，Ag2S納米晶形狀發(fā)生改變，從圓球形變?yōu)榍蚬跔?。Ag2S-CdS復(fù)合納米晶的形成可能遵循一“類液-固-固”的催化生長(zhǎng)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，我們初步考察了Ag2S-CdS復(fù)合納米晶的紫外-可見(jiàn)吸收和光致發(fā)光性能。該微波輔助途徑合成復(fù)合納米晶的最大優(yōu)點(diǎn)在于很大程度上縮短了制備過(guò)程所需時(shí)間，該途徑制備復(fù)合納米晶可以拓展到其他組分體系。
　　3.發(fā)展葡萄糖碳化途徑合成了單分散碳包覆硫化

6、鋅復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。在該復(fù)合結(jié)構(gòu)中，硫化鋅呈簇狀球形，由3-5 nm顆粒組成。葡萄糖的用量決定了復(fù)合結(jié)構(gòu)的碳層厚度。研究表明，碳包覆硫化鋅和純相硫化鋅納米簇有類似的光致發(fā)光性能。我們進(jìn)一步考察了復(fù)合結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換性能和對(duì)染料分子（羅丹明B）的吸附性能。發(fā)現(xiàn)5nm厚碳層包裹的復(fù)合結(jié)構(gòu)有著較優(yōu)的光熱轉(zhuǎn)換效率。由于外圍碳層的存在，復(fù)合結(jié)構(gòu)顯示了對(duì)羅丹明B的高效吸附，吸附容量達(dá)36.8 mg/g。這表明所得復(fù)合結(jié)構(gòu)在光熱劑、吸附劑等相關(guān)領(lǐng)域有潛在的

7、應(yīng)用。
　　4.以小分子胺為調(diào)制劑，硫粉為硫源，探究了親水態(tài)硫化鎘的生長(zhǎng)。所得硫化鎘樣品形態(tài)均一，單分散性良好。當(dāng)硫粉用量較高時(shí)，形成CdS納米棒;中等硫粉用量促使形成CdS納米粒子;較低的硫粉用量則促使形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物。納米棒的長(zhǎng)度可以通過(guò)硫的用量調(diào)節(jié)。在硫化鎘的生長(zhǎng)過(guò)程中，小分子胺對(duì)單質(zhì)硫起到活化作用，有效調(diào)節(jié)了硫化鎘的成核和生長(zhǎng)，促使形成單分散性樣品。研究發(fā)現(xiàn)硫化鎘納米棒表現(xiàn)出比硫化鎘納米粒子更寬的光吸收。在用波長(zhǎng)大于2