ZnS納米顆粒的制備及其第一性原理計(jì)算.pdf

1、硫化鋅作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，其納米材料具有良好的光電特性、光催化特性以及紅外透明特性。目前，對(duì)于ZnS納米材料的研究大都是關(guān)于低維ZnS納米材料的制備方面，而對(duì)其微觀性質(zhì)的理論計(jì)算方面卻非常少。本論文在成功制備出ZnS納米顆粒的基礎(chǔ)上使用第一性原理方法對(duì)ZnS各相材料的微觀性質(zhì)進(jìn)行研究。
　　本文首先采用水熱法成功制備出ZnS納米顆粒并采用相關(guān)測試手段對(duì)其微觀形貌、表面結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性進(jìn)行了表征。XRD結(jié)果顯示產(chǎn)物為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)。

2、SEM結(jié)果顯示產(chǎn)物為球形納米顆粒，粒徑約為600nm。EDS分析結(jié)果表明產(chǎn)物元素組成為Zn和S。紫外可見吸收光譜圖表明產(chǎn)物特征峰在331nm處，較體相材料發(fā)生了藍(lán)移。熒光光譜圖表明產(chǎn)物具有一定的表面缺陷。
　　其次，本文通過第一性原理計(jì)算研究了本征態(tài)和本征缺陷ZnS材料的電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)。能帶結(jié)構(gòu)分析表明，本征態(tài)ZnS為直接帶隙材料，禁帶寬度為2.04eV。態(tài)密度的分析表明，ZnS的導(dǎo)帶由Zn的4s態(tài)電子構(gòu)成，價(jià)帶部分由Zn的3

3、d和S的各態(tài)電子構(gòu)成并且發(fā)生一定的雜化作用。光學(xué)性質(zhì)分析表明ZnS具有較好的紫外吸收能力。當(dāng)存在S空位時(shí)，ZnS的帶隙變窄，可見光區(qū)域的吸收增強(qiáng)。當(dāng)存在Zn空位時(shí)，紅外區(qū)域的吸收增強(qiáng)。
　　最后，研究了ZnS納米線與ZnS/ZnO核殼結(jié)構(gòu)納米線的電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，兩種納米線的禁帶寬度均比體相材料大，紫外吸收增強(qiáng)，表現(xiàn)出一定的藍(lán)移，與量子尺寸效應(yīng)一致。而ZnS/ZnO核殼結(jié)構(gòu)由于O的2p態(tài)電子在價(jià)帶頂?shù)呢暙I(xiàn)，禁帶寬度比Z