PbTe納米材料的可控化學(xué)制備.pdf

1、不同尺寸和形貌的納米材料具有特殊的物理和化學(xué)性能，在光學(xué)、生物、磁學(xué)、能源等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值，因此納米材料的可控制備是發(fā)展納米器件的重要前提和條件。碲化鉛(PbTe)是一種重要的窄帶半導(dǎo)體材料，在溫差發(fā)電和紅外探測(cè)等方面有著重要的應(yīng)用。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明PbTe材料的低維化可顯著提高熱電和光電性能。
　　 本文采用低溫濕化學(xué)法和水熱法，制備出了不同的PbTe納米結(jié)構(gòu)，包括納米立方顆粒、納米棒、納米片、納米盒以及分級(jí)結(jié)構(gòu)等。通

2、過系統(tǒng)考察反應(yīng)時(shí)間和溫度、NaOH濃度、表面活性劑、還原劑等對(duì)合成產(chǎn)物的影響，研究了PbTe納米材料的可控制備，并分析了不同納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下：
　　 (1)以Pb(CH3COO)2·3H2O和Na2TeO3為反應(yīng)物，NaBH4為還原劑，采用低溫濕化學(xué)法制備了具有粗糙表面的PbTe多晶納米棒。PbTe納米棒直徑為50～200 nm，棒長(zhǎng)大于1μm，納米棒由30～50 nm粒徑的納米顆粒組成，接近PbTe

3、的激子玻爾半徑(46 nm)。這種粗糙的表面和納米顆粒組成的多晶結(jié)構(gòu)有利于提高材料的熱電性能。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，不同于PbTe單晶納米棒的oriented aRachment生長(zhǎng)機(jī)制，PbTe多晶納米棒是由Te棒作為模板生成的。Pb原子擴(kuò)散到預(yù)先形成的Te棒上與之反應(yīng)，PbTe在Te上形核，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加Te逐漸被消耗，PbTe晶粒慢慢長(zhǎng)大，最后形成由多個(gè)PbTe納米顆粒組成的多晶納米棒。
　　 (2)以Pb(NO3

4、)2和Na2TeO3為反應(yīng)物，NaBH4為還原劑，在水熱條件下，未添加任何表面活性劑制備了PbTe三維分級(jí)結(jié)構(gòu)，包括漏斗狀結(jié)構(gòu)、花狀結(jié)構(gòu)和樹枝狀結(jié)構(gòu)。這些對(duì)稱的結(jié)構(gòu)都為單晶。通過FTIR吸收譜計(jì)算出分級(jí)結(jié)構(gòu)的禁帶寬度為0.29 eV。
　　 PbTe的分級(jí)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)分為形核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段，分別由動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散效應(yīng)控制。PbTe的形核和初期的生長(zhǎng)由動(dòng)力學(xué)控制，PbTe屬于面心立方晶系，因此會(huì)形成具有六個(gè)光滑{100}面的立方顆粒。當(dāng)

5、這種結(jié)構(gòu)形成后，由于Berg效應(yīng)，Pb2+和Te2-在每個(gè)面上的分布不均勻，在每個(gè)面邊緣和角上的濃度高于中心的濃度，造成了漏斗狀結(jié)構(gòu)和花狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。在這過程中高濃度的NaOH起到了關(guān)鍵作用。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，PbTe晶體的生長(zhǎng)由擴(kuò)散效應(yīng)控制，從而形成了PbTe樹枝狀結(jié)構(gòu)。
　　 (3)以Pb(NO3)2和Na2TeO3為反應(yīng)物，N2H4·H2O為還原劑，PVP為表面活性劑，在水熱條件下制備了單晶PbTe納米片。這種納米片具有光滑

6、的表面和規(guī)則的長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，片尺寸為0.25μm，厚度為20～80 nm。
　　 由于PbTe屬于面心立方結(jié)構(gòu)，水熱條件下一般生成立方顆粒，目前并沒有PbTe納米片的相關(guān)報(bào)道。研究發(fā)現(xiàn)N2H4·H2O、PVP和高濃度的NaOH這三者在PbTe納米片的生長(zhǎng)過程中起到了關(guān)鍵的作用。首先N2H4·H2O中-NH2和OH-發(fā)生氫鍵的結(jié)合生成二維結(jié)構(gòu)的軟模板，PbTe在這軟模板中形核。同時(shí)，PVP能吸附在(100)面控制PbTe晶粒的定向排