CdS，ZnS基復合納米晶合成、生長機理及性能考察.pdf

1、Ⅱ-Ⅵ族硫化物半導體在光學、電學、光電轉(zhuǎn)換、光催化等領域顯示了優(yōu)良的物理化學特性和廣闊的應用前景，其微觀尺寸和形態(tài)對其性能有著重要影響。納米級或具有微納結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ族硫化物半導體已引起材料和化學研究者的廣泛關注。隨著研究的不斷深入，研究者已經(jīng)從對單一組分物質(zhì)的制備研究、性能考察，拓展到對多組分復合體系的探索。微納復合結(jié)構(gòu)不僅集合了各單一組分的功能和性質(zhì)，而且各組分間的協(xié)同作用可望為復合體系引入新的性能。本研究以CdS，ZnS基復合納米結(jié)

2、構(gòu)作為研究對象，設計溶液相化學途徑，成功制備了三元立方體狀Ag-Ag2S-CdS復合納米晶、二元火柴棒狀Ag2S-CdS復合納米晶和球形碳包覆硫化鋅納米簇。此外，還優(yōu)選小分子胺調(diào)制劑，探究了單分散硫化鎘納米晶的生長。用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見光譜(UV-Vis)、X-射線光電子能譜(XPS)等手段對所得樣品進行了系統(tǒng)表征;深入研究和分析了復合結(jié)構(gòu)的生長機理。在此基礎上，考察了所得CdS，

3、ZnS基微納結(jié)構(gòu)在光熱轉(zhuǎn)換、化學吸附和光電化學分解水方面的可能應用。具體如下:
　　1.優(yōu)選分子前驅(qū)體，設計了單罐單步途徑，成功合成了立方體狀三元復合納米晶Ag-Ag2S-CdS。所得Ag-Ag2S-CdS復合納米晶具有較好的單分散性，在基底上能自組裝成有序結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，Ag-Ag2S-CdS復合納米晶的生長過程是反應“自調(diào)控”的。在無任何干預的情況下，依次生成Ag2S、Ag、CdS，其中，Ag的生成源自于先前生成的Ag2S的部

4、分還原，超離子導體Ag2S催化誘導CdS組分在其表面生長。所得三元復合納米晶具有近紅外發(fā)光和光熱轉(zhuǎn)換特性。重要的是，相較純相組分，三元復合納米晶顯示了增強的光熱轉(zhuǎn)換效率，該增強效應可能與復合納米晶中的異質(zhì)界面有關。該單罐單步途徑制備三元復合納米晶不僅可促進多組分復合微納體系合成方法學的發(fā)展，而且該研究為高性能光熱轉(zhuǎn)換劑的發(fā)展提供了思路——引入異質(zhì)界面。
　　2.發(fā)展微波輔助方法合成了Ag2S-CdS復合納米晶。研究發(fā)現(xiàn)，Ag2S納

5、米晶能在微波輻射條件下誘導CdS在其表面生長。在此過程中，Ag2S納米晶形狀發(fā)生改變，從圓球形變?yōu)榍蚬跔?。Ag2S-CdS復合納米晶的形成可能遵循一“類液-固-固”的催化生長機制。在此基礎上，我們初步考察了Ag2S-CdS復合納米晶的紫外-可見吸收和光致發(fā)光性能。該微波輔助途徑合成復合納米晶的最大優(yōu)點在于很大程度上縮短了制備過程所需時間，該途徑制備復合納米晶可以拓展到其他組分體系。
　　3.發(fā)展葡萄糖碳化途徑合成了單分散碳包覆硫化

6、鋅復合納米結(jié)構(gòu)。在該復合結(jié)構(gòu)中，硫化鋅呈簇狀球形，由3-5 nm顆粒組成。葡萄糖的用量決定了復合結(jié)構(gòu)的碳層厚度。研究表明，碳包覆硫化鋅和純相硫化鋅納米簇有類似的光致發(fā)光性能。我們進一步考察了復合結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換性能和對染料分子（羅丹明B）的吸附性能。發(fā)現(xiàn)5nm厚碳層包裹的復合結(jié)構(gòu)有著較優(yōu)的光熱轉(zhuǎn)換效率。由于外圍碳層的存在，復合結(jié)構(gòu)顯示了對羅丹明B的高效吸附，吸附容量達36.8 mg/g。這表明所得復合結(jié)構(gòu)在光熱劑、吸附劑等相關領域有潛在的

7、應用。
　　4.以小分子胺為調(diào)制劑，硫粉為硫源，探究了親水態(tài)硫化鎘的生長。所得硫化鎘樣品形態(tài)均一，單分散性良好。當硫粉用量較高時，形成CdS納米棒;中等硫粉用量促使形成CdS納米粒子;較低的硫粉用量則促使形成有機-無機雜化物。納米棒的長度可以通過硫的用量調(diào)節(jié)。在硫化鎘的生長過程中，小分子胺對單質(zhì)硫起到活化作用，有效調(diào)節(jié)了硫化鎘的成核和生長，促使形成單分散性樣品。研究發(fā)現(xiàn)硫化鎘納米棒表現(xiàn)出比硫化鎘納米粒子更寬的光吸收。在用波長大于2