少層硒化鉍納米片及其納米金-硒化鉍復合材料的制備和應用.pdf

1、硒化鉍(Bi2Se3)作為新一代的拓撲絕緣體，它擁有簡單的能帶結構，大的能隙且易于合成，屬于最簡單的強拓撲絕緣體，其表面具有穩(wěn)定金屬態(tài)。這些特性使其受到了廣泛的關注。相比于Bi2Se3體材料，少層，甚至單層的Bi2Se3納米片具有更好的應用前景。論文中采用液相剝離的方法，剝離體材料制備少層Bi2Se3納米片。分離出的少層Bi2Se3納米片在可見光區(qū)展現(xiàn)出了有趣的光學性質，并隨著片層大小和厚度的不同，光學吸收性質也發(fā)生變化。同時，在液相剝

2、離的過程中，本文通過材料自發(fā)的氧化還原方式，原位自發(fā)制備納米金-硒化鉍復合材料。通過表征手段，觀察到了顆粒均一，粒徑較小，高密度的納米金(AuNPs)，并將其用于構建電化學葡萄糖傳感器。主要研究結果如下:
　　1.以N-甲基吡咯烷酮(NMP)或殼聚糖醋酸溶液（CS-HAc）為溶劑，在超聲波的輔助下，30 h可以獲得穩(wěn)定分散的少層Bi2Se3納米片。表征結果證明所制備Bi2Se3納米片表面平整，光滑，有褶皺感。尺寸大小主要分布在數(shù)百

3、納米，厚度約為3-4nm。
　　2.不同離心轉速(2000 rpm、8000 rpm、13000 rpm)分離出的Bi2Se3納米片，展現(xiàn)出了不同的可見光吸收峰。在NMP中，當它的大小從500 nm降至100 nm左右，厚度從10nm降至2nm左右時，其最大的吸收峰值發(fā)生了藍移，從613nm偏移至419nm處。在CS-HAc中同樣有著類似的現(xiàn)象。
　　3.通過理論計算發(fā)現(xiàn)不同類型的Bi2Se3納米片展現(xiàn)出不同的能隙。在NMP

4、里，可以計算得到其能隙值分別為1.22 eV(2000 rpm)＜1.39 eV（8000 rpm）＜1.50eV(13000 rpm)。在CS-HAc中，其能隙值為1.33 eV(2000 rpm)＜1.51 eV(8000rpm)＜1.59 eV(13000 rpm)。同樣，通過理論分析，得知能隙發(fā)生變化的主要原因是由于納米材料的量子尺寸效應。
　　4.利用NMP或者CS-HAc剝離制備的Bi2Se3納米片溶液與氯金酸溶液混合

5、后，能夠在Bi2Se3納米片層上原位還原出AuNPs。因此，在超聲波的輔助下，在制備少層Bi2Se3納米片的同時，合成出Bi2Se3/Au復合材料。表征結果顯示，Bi2Se3/Au復合材料中的AuNPs高密度分布，粒徑均一較小，約為6nm左右，并計算出AuNPs的含量約為9.14 wt％。通過反應機理探究，我們可以初步地認為 Bi2Se3納米片能夠與HAuCh發(fā)生反應，主要是由于Bi2Se3納米片存在著缺陷，較易氧化，從而促使AuNPs

6、原位還原在Bi2Se3納米片上，自發(fā)形成Bi2Se3/Au復合材料。
　　5.將Bi2Se3/Au復合材料修飾玻碳電極，研究了Bi2Se3/Au的電化學性能，構建葡萄糖電化學傳感器。結果表明其可以很好地促進電極與電解液之間的電子傳遞速度，具有良好的導電性，因而也表現(xiàn)出了更高的電化學活性。其Bi2Se3/Au修飾玻碳電極的有效活性面積是裸玻碳電極的1.77倍。在含葡萄糖的PBS溶液中，我們實現(xiàn)了對葡萄糖溶液的電化學檢測，線性檢測范圍