硒化鋅微-納米材料的可控合成、機(jī)理及性能研究.pdf

1、無機(jī)微/納米材料以其獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)特性，在光子學(xué)、電子學(xué)、物理與化學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。而它們的成分、尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)等對其性能有著十分重要的影響，探索它們之間的關(guān)系已經(jīng)成為現(xiàn)代微/納米領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文系統(tǒng)地探索和研究了硒化鋅多面體納米晶及其自組裝的（實(shí)心和空心）微球的可控合成、形成機(jī)理和它們的光學(xué)性質(zhì)。內(nèi)容包括:
　　 1.硒化鋅多面體納米晶:在使用少量的表面活性劑(PVP)的條件下，用簡單的水熱技術(shù)，合成

2、了大量單分散的硒化鋅多面體（包括立方體、八面體及其它形狀的多面體結(jié)構(gòu)）納米晶。
　　 改用其他種類的表面活性劑，例如，CTAB、PEG-400等，保持其他條件不變，得到是納米晶聚集成的微球。這表明以PVP作為表面活性劑有利于得到單分散的硒化鋅納米晶。實(shí)驗(yàn)表明高溫煅燒造成分散的多面體納米晶團(tuán)聚成塊狀，但對物相成分沒有影響。
　　 從晶體的成核與生長，納米晶分散等理論方面，探討了多面體納米晶可能的生長機(jī)理。立方晶型的硒化鋅具

3、有高度對稱的面心立方結(jié)構(gòu)，在熱力學(xué)和晶體學(xué)上很容易形成穩(wěn)定的球形粒子或團(tuán)聚成球形結(jié)構(gòu)。因此，靠顆粒表面吸附作用強(qiáng)的表面活性劑，通過雙電層排斥、空間位阻、靜電位阻的作用，得到單分散的多面體納米晶。
　　 2.硒化鋅多面體納米晶自組裝而成的（實(shí)心和空心）微球。使用水熱合成方法，在不加表面活性劑的條件下，成功的實(shí)現(xiàn)了多面體納米晶自組裝而成的微球。研究表明:水熱溫度、時(shí)間、反應(yīng)體系總體積、還原劑的種類、PH值、硒源種類、鋅源種類以及后處

4、理溫度對產(chǎn)物的形貌和純度均有影響。(a)水熱溫度主要影響微球表面的粗糙度，隨著溫度的升高，微球表面的粗糙度增大，納米晶的晶面呈現(xiàn)明顯的正方形、五邊形、六邊形的形狀。(b)反應(yīng)時(shí)間除影響微球的粗糙度以外，主要影響產(chǎn)物的尺寸和純度。時(shí)間越長，組成微球的多面體納米晶的尺寸增大且形狀更規(guī)則，且微球的尺寸更加均一，獲得的產(chǎn)物純度越高。(c)當(dāng)反應(yīng)體系的體積分別為反應(yīng)釜體積的50％和60％，大多數(shù)產(chǎn)品顯示不規(guī)則的形狀，只有少部分是微球。(d)還原劑

5、種類主要影響構(gòu)成微球次級單元的形貌，當(dāng)NaBH4、乙二醇、乙二胺、三乙胺分別為還原劑時(shí)，得到產(chǎn)物的形貌分別為納米片、納米棒自組裝微球，納米片組裝成花狀結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)還原劑為水合肼，表面活性劑為油胺時(shí)，得到多面體納米晶自組裝成空心微球結(jié)構(gòu)。(e)氫氧化鈉的量（PH值）主要影響硒化鋅產(chǎn)物的形貌，隨著氫氧化鈉的量的增加，得到微球的形狀更規(guī)則。(f)改變硒源和鋅源的種類，可以調(diào)控硒化鋅產(chǎn)物的形狀和均勻性。(g)后處理溫度為60

6、0℃時(shí)，硒化鋅微球的形貌沒有明顯變化。
　　 硒化鋅微球的熒光光譜研究表明，有三個(gè)峰分別位于467 nm、470 nm和600 nm處，分別對應(yīng)硒化鋅的帶隙發(fā)光和缺陷發(fā)光。光催化性能研究表明，25 min時(shí)，甲基藍(lán)的吸光度值從0.443降至0.0602，降解率為86.5％。
　　 納米晶自組裝成微球的生長機(jī)理:(1)沒有表面活性劑存在時(shí)，在硒化鋅納米晶生長的過程中，高的表面能導(dǎo)致納米晶聚集并自組裝成微球，從而降低系統(tǒng)的自

7、由能，使之穩(wěn)定。(2)樣品中出現(xiàn)少量的微球鏈。我們認(rèn)為，初級粒子經(jīng)過均勻成核，隨后生長通過Ostwald熟化過程;然后，初級粒子在布朗運(yùn)動(dòng)和范德華力的作用下，以一定的數(shù)目聚集成初級粒子鏈;最后初級粒子鏈中的粒子分別作為聚集中心，吸收其他粒子自組裝成微球，得到微球鏈。(3)少量油胺引入到系統(tǒng)中，它能夠與水合肼分解的氮?dú)馀葸B接，在溶液系統(tǒng)中得到“氣泡-油-水”層層包裹結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定存在，可以作為一種復(fù)雜的“軟模板”，成為納米晶聚集中