鉍基金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的合成及其表征.pdf

1、金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料因其新穎的結(jié)構(gòu)受到廣泛的關(guān)注。由于異質(zhì)結(jié)的存在可以有效的控制電子、空穴的傳輸，從而使其具有獨(dú)特的光電特性、界面特性、熱電特性、催化特性和熒光特性等。眾所周知,納米材料的組成、結(jié)構(gòu)、尺寸大小和形貌極大地影響其內(nèi)在屬性，但目前合成的金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料普遍存在尺寸不均、界面有缺陷、合成操作復(fù)雜和對(duì)環(huán)境危害大等缺點(diǎn)，這將制約著它的性能研究和廣泛應(yīng)用。因此大量的努力對(duì)研究金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的性質(zhì)是通

2、過(guò)控制其尺寸和形貌。在過(guò)去的這些年，電沉積、CVD技術(shù)、微波輔助法、模板法和外延生長(zhǎng)法等都致力于合成金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料，然而這些方法往往需要高溫、高壓、氣氛保護(hù)和操作復(fù)雜等苛刻的反應(yīng)條件和設(shè)備，從而很大程度上限制了金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的發(fā)展。本論文將基于納米晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和晶體生長(zhǎng)的各向異性特性以及溶液-液相-固相（SLS）生長(zhǎng)機(jī)制為指導(dǎo)，建立了一種簡(jiǎn)易的多元醇方法通過(guò)“三步走”來(lái)制備金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料。與上

3、述方法相比，多元醇法在制備過(guò)程中有很大的優(yōu)勢(shì)，如操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備要求低和環(huán)境友好型，從而成為制備不同無(wú)機(jī)納米材料的有效策略。最后，本論文主要研究鉍基金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料的可控合成，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，探索了金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米晶在液相合成中的成核和生長(zhǎng)機(jī)理。本論文研究的主要內(nèi)容如下：
　　（1）通過(guò)聚合物輔助的多元醇方法，在引入少量Fe3+后獲得了均勻的半中空和中空Bi納米球，其尺寸平均為280nm和

4、160nm，相比于未加入Fe3+所制備的Bi納米球而言其尺寸變的更加均一。特別是 Fe3+的引入形成的半空狀或者中空納米球，是依賴于金屬間的Kirkendall效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在多元醇體系下通過(guò)控制聚乙烯吡咯烷酮 K30（PVP）的質(zhì)量、Bi源和 Fe3+的摩爾比以及各自濃度可以控制合成具有不同尺寸和中空度的Bi納米球。
　?。?）采用簡(jiǎn)單的多元醇法，以葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮 K30（PVP）作為輔助劑，合成鉛的硫?qū)倩衔颬bE

5、（E=S,Se,Te）納米片。首先制備出形貌均一的Pb納米花，然后添加S（Se，Te）源反應(yīng)物再形成PbE的堆積納米片。發(fā)現(xiàn)合成的二維PbE堆積納米片具有較大表面積，厚度約為40nm，且具有規(guī)則的幾何外形。
　?。?）采用簡(jiǎn)易的溶劑熱方法，通過(guò)分“三步走”成功制備了Bi-FeS、Bi-CuS2和Bi-CoS異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料。特別的，在保證“第一步”Bi源和“第二步”M源（M=Fe， Cu，Co，Ni源）量不變的情況下，“第三步”硫

6、化的過(guò)程中實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，過(guò)量的S源可以獲得Bi-FeS-Bi2S3異質(zhì)結(jié)構(gòu)、三元相Cu3BiS3和Ni3Bi2S2納米材料?；趯?duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果的分析，鉍基金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)應(yīng)該遵循溶液-液相-固相（SLS）生長(zhǎng)機(jī)制。
　?。?）通過(guò)“三步走”的實(shí)驗(yàn)方法，成功制備了高穩(wěn)定性的 Bi-PbE（E=S，Se， Te）異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料。對(duì)于合成典型的Bi-PbS異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，通過(guò)改變硫化的反應(yīng)時(shí)間、硫化過(guò)程