金屬硫化物單分散納米晶的制備和表征.pdf

1、膠體納米晶(colloidal nanocrystals)具有尺寸和形貌依賴的光學、電學、磁學以及催化性能,成為設(shè)計功能性材料和器件的基本構(gòu)成單元,廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管、太陽電池、電信放大器和生物熒光標簽等領(lǐng)域.由于膠體納米晶的合成是研究其性能和應(yīng)用的基礎(chǔ),成為目前的研究熱點.但是以前的合成路線很難避免使用價格昂貴、有毒以及污染環(huán)境的有機金屬前驅(qū)體.另外,新合成路線的探索有利于獲得新的納米結(jié)構(gòu),從而具有新的性能或用途.因此,本文提出一條

2、非有機金屬前驅(qū)體合成硫化物膠體納米晶的新方法.該路線在合成單分散硫化物納米晶方面具有低成本、簡單有效、環(huán)境友好、普適性等優(yōu)點.論文的主要創(chuàng)新性成果如下: (1)利用高溫化學反應(yīng),分別合成了六方相CuS和單斜相Cu<,1.75>S單分散盤狀納米晶,并通過生長條件的調(diào)控可以使其沿著[001]方向進行面對面堆垛的自組裝,分別獲得六方相CuS和單斜相Cu<,1.75>S帶狀納米結(jié)構(gòu).另外,在碳膜和硅片等不同襯底上,CuS盤狀納米晶的堆垛

3、角度有所不同.進一步的研究表明,富硫環(huán)境(CuS納米晶的特殊晶體結(jié)構(gòu))產(chǎn)生的范德華力、包覆劑(油胺)的絡(luò)合能力和偶極子效應(yīng)對CuS納米晶的自組裝過程起了重要作用,而Cu<,1.75>S特殊的鐵電性能和偶極子效應(yīng)是Cul.75S納米晶自組裝的主要動力.同時,系統(tǒng)研究了多種雙表面活性劑對單分散CuS納米晶形貌和尺寸的影響.傅立葉紅外光譜研究表明吸附在硫化銅表面的油胺是其單分散的主要原因.紫外一可見吸收光譜研究表明上述硫化銅納米晶的禁帶寬度為

4、2.40 eV～2.50 eV,相比于體材料(2.0 eV)發(fā)生了明顯的藍移,這可能是由于量子限域效應(yīng)引起的. (2)利用高溫化學反應(yīng),合成了四方相黃銅礦結(jié)構(gòu)的硫銦銅納米晶,其顆粒直徑約為5nm,尺寸分布集中,分散性良好.紫外吸收光譜和熒光光譜研究表明硫銦銅納米晶吸收峰和發(fā)射峰均發(fā)生了明顯的藍移現(xiàn)象,這可能是由于量子限域效應(yīng)引起的. (3) 利用高溫化學反應(yīng),合成了閃鋅礦結(jié)構(gòu)的單分散硫化鋅摻錳納米晶,研究表明其結(jié)晶性和分

5、散性良好.紫外可見吸收光譜研究表明,硫化鋅摻錳納米晶的吸收峰介于312 nm～326 nm.而其熒光光譜中均出現(xiàn)了位于583 nm的高強度輻射峰和410nm處的寬化的輻射峰.其中410nm的輻射峰為硫化鋅的本征缺陷峰,583nm的高強度輻射峰為錳離子的發(fā)光,發(fā)光峰位并沒有隨著摻雜量改變而發(fā)生變化.本征硫化鋅的缺陷發(fā)光是由于硫空位等缺陷產(chǎn)生的淺能級上電子的輻射躍遷造成的,硫化鋅摻錳納米晶的桔紅色發(fā)光來自于錳離子的<,4>T<,1>-<'6