金屬硫族半導體納米材料的液相控制合成及機理研究.pdf

1、金屬硫族半導體納米材料由于其獨特的物理和化學性能,在許多領域具有廣泛的應用前景.而且他們也可作為微/納米器件的組裝單元,對微/納米器件的性能起到決定性的作用,因此研究半導體納米材料的結構、形貌及控制合成技術具有重要的意義.由于銅的硫族化合物(如氧化亞銅、硫化銅、硒化銅)、氧化鋅及鉛的硫族化合物(硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛)等材料在催化、光電轉化、發(fā)光、壓電、氣敏、熱電等有著廣泛的應用前景而成為材料化學等領域的研究熱點之一.以往的研究表明材料

2、的性能和應用不僅取決于其本身的結構、晶型及組成,而且其尺寸和形貌對材料的性能和應用也起到決定性的作用,因而對半導體納米材料的尺寸和形貌進行可控的合成不僅具有理論上的意義而且可拓寬納米材料的應用范圍.在本文的研究中,我們使用簡單而且溫和的水溶液濕化學反應方法,控制合成了具有規(guī)整形貌和結構的氧化亞銅納米/微米晶體,并以此為基礎通過簡單的化學轉化制備了具有新穎拓撲結構的硫化銅多面體中空納米晶和多種形貌的硒化銅中空微/納米晶,進一步使用溫和的乙

3、醇濕化學反應合成了直徑小于10納米的一維納米氧化鋅單晶材料并研究了其光學性能,最后通過微波輻照輔助法制備了具有枝形結構的硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛的樹枝形微晶.本文的主要研究內容包括: 1.不同形貌和粒徑的cu<,2>O模板物微/納米材料的可控合成. 制備了具有立方體、八面體、球形多孔和一維納米結構的Cu<,2>O納米/微米材料.當以抗壞血酸作還原劑制備Cu<,2>o立方體時,隨PVP的增加,立方體的顆粒的大小變小.而且,隨

4、著加入的Na0H的濃度的增加,Cu<,2>O納米顆粒的尺寸也相應的增加.使用鹽酸羥胺作還原劑時,得到八面體的Cu<,2>O微晶,改變反應條件得到一維和立方體Cu<,2>O的混合物及多孔顆粒. 2.中空籠狀硫化銅和硒化銅多面體的模板犧牲法控制合成及形成機理. 基于以上工作的基礎,以Cu<,2>O立方體模板首次通過模板犧牲法合成了具有高度對稱結構的cu<,7>S<,4>十八面體中空半導體材料,并通過反應參數(shù)的控制,成功地通過

5、化學"雕刻"技術得到了具有窗口結構的十八面體中空硫化銅多面體,研究表明我們可以在不同尺度的納米表面進行化學"打孔".論文進一步以立方體、八面體和球形形貌的Cu<,2>O作為模板犧牲物,合成了具有立方體、八面體及球形結構的中空Cu<,2-x>se晶體.基于Kirkendall效應和晶體生長理論對其中空結構和多面體結構的形成機理進行了討論.這些工作已經先后以快訊發(fā)表在JACS和Chem.Commun,JACS審稿人給予較高評價,認為該工作是

6、一項原創(chuàng)性的工作,可排在功能材料合成前20(top20). 3.具有極小直徑的一維ZnO納米材料的合成及光學性能研究. 在室溫條件下制備了直徑為5-10納米,長徑比可調的一維ZnO納米材料,研究了反應時間和反應物濃度等對產物形貌的影響.研究表明一維氧化鋅納米顆粒的長徑比隨反應時間的延長而變大,隨著NaOH含量的增加,產物的長徑比相應的有所增加.其光學性能研究表明所制備的一維ZnO具有完美的晶體結構.論文進一步通過水熱合成

7、法制備了直徑約為10納米的一維ZnO納米材料,并且討論了不同溶劑、反應溫度、反應物的比例對形貌的影響.研究表明乙醇胺的加入有助于該一維材料的自組轉.相關研究發(fā)表在Nanotechnology,并獲當月下載topl0. 4.三維結構PbE(E=S,Se,Te)的微波合成. 以硫脲為硫源成功制備了三維結構的PbS樹枝晶,對比實驗表明PbS樹枝晶的形成過程受動力學條件控制,反應前驅物的濃度對形貌有著非常大的影響.如果反應前驅物