鉍基金屬-半導體異質結構納米材料的合成及其表征.pdf

1、金屬-半導體異質結構納米材料因其新穎的結構受到廣泛的關注。由于異質結的存在可以有效的控制電子、空穴的傳輸，從而使其具有獨特的光電特性、界面特性、熱電特性、催化特性和熒光特性等。眾所周知,納米材料的組成、結構、尺寸大小和形貌極大地影響其內在屬性，但目前合成的金屬-半導體異質結構納米材料普遍存在尺寸不均、界面有缺陷、合成操作復雜和對環(huán)境危害大等缺點，這將制約著它的性能研究和廣泛應用。因此大量的努力對研究金屬-半導體異質結構納米材料的性質是通

2、過控制其尺寸和形貌。在過去的這些年，電沉積、CVD技術、微波輔助法、模板法和外延生長法等都致力于合成金屬-半導體異質結構納米材料，然而這些方法往往需要高溫、高壓、氣氛保護和操作復雜等苛刻的反應條件和設備，從而很大程度上限制了金屬-半導體異質結構納米材料的發(fā)展。本論文將基于納米晶體生長動力學和晶體生長的各向異性特性以及溶液-液相-固相（SLS）生長機制為指導，建立了一種簡易的多元醇方法通過“三步走”來制備金屬-半導體異質結構納米材料。與上

3、述方法相比，多元醇法在制備過程中有很大的優(yōu)勢，如操作簡單、反應條件溫和、設備要求低和環(huán)境友好型，從而成為制備不同無機納米材料的有效策略。最后，本論文主要研究鉍基金屬-半導體異質結構納米材料的可控合成，并對其結構和形貌進行表征，探索了金屬-半導體異質結構納米晶在液相合成中的成核和生長機理。本論文研究的主要內容如下：
　?。?）通過聚合物輔助的多元醇方法，在引入少量Fe3+后獲得了均勻的半中空和中空Bi納米球，其尺寸平均為280nm和

4、160nm，相比于未加入Fe3+所制備的Bi納米球而言其尺寸變的更加均一。特別是 Fe3+的引入形成的半空狀或者中空納米球，是依賴于金屬間的Kirkendall效應。實驗過程中，在多元醇體系下通過控制聚乙烯吡咯烷酮 K30（PVP）的質量、Bi源和 Fe3+的摩爾比以及各自濃度可以控制合成具有不同尺寸和中空度的Bi納米球。
　?。?）采用簡單的多元醇法，以葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮 K30（PVP）作為輔助劑，合成鉛的硫屬化合物PbE

5、（E=S,Se,Te）納米片。首先制備出形貌均一的Pb納米花，然后添加S（Se，Te）源反應物再形成PbE的堆積納米片。發(fā)現(xiàn)合成的二維PbE堆積納米片具有較大表面積，厚度約為40nm，且具有規(guī)則的幾何外形。
　?。?）采用簡易的溶劑熱方法，通過分“三步走”成功制備了Bi-FeS、Bi-CuS2和Bi-CoS異質結構納米材料。特別的，在保證“第一步”Bi源和“第二步”M源（M=Fe， Cu，Co，Ni源）量不變的情況下，“第三步”硫

6、化的過程中實驗結果表明，過量的S源可以獲得Bi-FeS-Bi2S3異質結構、三元相Cu3BiS3和Ni3Bi2S2納米材料。基于對實驗現(xiàn)象與結果的分析，鉍基金屬-半導體異質結構的生長應該遵循溶液-液相-固相（SLS）生長機制。
　?。?）通過“三步走”的實驗方法，成功制備了高穩(wěn)定性的 Bi-PbE（E=S，Se， Te）異質結構納米材料。對于合成典型的Bi-PbS異質結構納米材料，實驗結果分析表明，通過改變硫化的反應時間、硫化過程