Bi2S3納米材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，半導(dǎo)體納米材料由于其獨(dú)特的物理性質(zhì)及其在光電領(lǐng)域的重要應(yīng)用而被廣泛關(guān)注。硫化鉍(Bi2S3)是一種層狀結(jié)構(gòu)的高度各向異性的半導(dǎo)體材料，它的直接帶隙能為1.3eV，具有良好的光學(xué)和熱電性質(zhì)而被應(yīng)用到熱電冷卻和光電轉(zhuǎn)換器件中。納米Bi2S3材料不僅能引起吸收波長和熒光發(fā)射峰發(fā)生藍(lán)移，還能產(chǎn)生非線性光學(xué)響應(yīng)，并能增強(qiáng)納米粒子的氧化、還原能力。納米Bi2S3及其組裝體系具有優(yōu)異的光電和催化性能，在發(fā)光材料、非線性光學(xué)材料、光催化材料等方

2、面有著廣泛的應(yīng)用前景。納米材料的性質(zhì)與其顆粒的尺寸、形貌有著密切的關(guān)系，人們越來越關(guān)注各種材料的納米尺度特殊形貌和納米結(jié)構(gòu)，希望能了解結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，半導(dǎo)體納米材料的形貌可控合成是納米材料制備領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
　　 本文采用水熱法，以五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O）為鉍源，不同的硫源(Na2S·9H2O，CH3CSNH2，CS(NH2)2，Na2S2O3·5H2O)作為反應(yīng)物、尿素為礦化劑，系統(tǒng)地研究了各種反應(yīng)條件對

3、管狀、棒狀、花狀等不同形貌的納米Bi2S3形成的影響，對不同形貌的納米Bi2S3的形成過程、機(jī)理及其光學(xué)性能進(jìn)行了研究。論文的具體內(nèi)容主要有以下幾個部分:
　　 第一部分以NaBiS2為前驅(qū)物水熱法制備Bi2S3納米管。以Bi(NO3)3·5H2O和Na2S·9H2O為原料，在不同的多元醇溶劑中成功制得備了管狀的納米Bi2S3。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、反應(yīng)物的比例、溶劑種類、表面活性劑、溫度和時間等因素對Bi2S3納米晶的形貌有影響。通過對丙

4、三醇-水的混合溶劑中不同反應(yīng)時間制備的Bi2S3樣品的分析，發(fā)現(xiàn)Bi2S3納米管的形成可能是固體-溶液-固體轉(zhuǎn)化過程，在上述反應(yīng)體系中，形成的NaBiS2前驅(qū)物在水熱條件下的分解、結(jié)晶是Bi2S3納米管形成的關(guān)鍵。對Bi2S3納米管的光學(xué)性能也進(jìn)行了研究，紫外-可見-近紅外吸收光譜表明Bi2S3納米管對900nm以下的光有較強(qiáng)的吸收，當(dāng)激發(fā)波長為519nm時，Bi2S3納米管在778nm處有一個較強(qiáng)的熒光發(fā)射峰。
　　 第二部分

5、采用水熱法成功制備出了棒狀的納米Bi2S3。以Bi(NO3)3·5H2O為鉍源，硫代乙酰胺(CH3CSNH2)為硫源在不同的溶劑中合成了較小尺寸的Bi2S3納米棒。樣品的形貌和尺寸受到S與Bi的比例、溶劑種類、表面活性劑、溫度和時間等因素影響。通過控制不同的條件可得到形貌均一納米棒，并對小尺寸Bi2S3納米棒的生長過程及光學(xué)性能進(jìn)行了初步討論，發(fā)現(xiàn)在水熱反應(yīng)過程中Bi2S3晶核沿著c軸優(yōu)先生長，最終形成了一維的納米棒的單晶結(jié)構(gòu)。

6、　　 第三部分1.采用水熱法以Bi(NO3)3·5H2O為鉍源，硫脲(CS(NH2)2)為硫源，在不同的溶劑中合成了由納米棒組成的海膽狀Bi2S3。形貌和尺寸受到S與Bi的比例、溶劑、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等因素的影響，通過控制不同的條件可以得到形貌均一的Bi2S3，對海膽狀Bi2S3納米材料的光學(xué)性能及生長過程進(jìn)行了初步討論，并針對這種形貌提出了自組裝原理。
　　 2.采用水熱法以Bi(NO3)3·5H2O為鉍源，Na2S2O3

7、·5H2O為硫源，尿素為礦化劑在不同的溶劑中合成了均一的硫化鉍納米花。Bi2S3的形貌和尺寸受到S、Bi的比例、溶劑種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素影響。通過控制不同的條件可得到形貌均一的Bi2S3納米花。提出Bi2S3納米花的生長過程可能是一個固體-溶液-固體轉(zhuǎn)化與自組裝的過程，并對及其光學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過水熱法可以制備出形貌均一、尺寸均勻的管狀、棒狀、海膽狀Bi2S3納米結(jié)構(gòu)。反應(yīng)物配比、溶劑種類、表