一維納米材料的設計合成及其在光探測器和超級電容器中的應用.pdf

1、從二十世紀九十年代早期碳納米管的發(fā)現(xiàn)開始，由于它們迷人的物理性質及潛在的技術應用，研究者們對一維納米材料研究的興趣與日俱增?；谒鼈儶毺氐膸缀翁卣?，一維納米材料將在下一代電子器件、光電器件、化學或生物傳感器、能量收集、存儲和轉換器件的構建中發(fā)揮重要的作用。在上述這些器件中，因為光探測器和超級電容器成像技術、光通訊、下一代存儲器、光電電路中的二進制開關和電源，起著至關重要的作用。由于設計和合成一維納米材料的尺寸和形貌是其應用于光探測器和超

2、級電容器的基礎，然而目前在獲得合適形貌、尺寸的一維納米材料，實現(xiàn)對其物性的有效調控仍然缺乏有效的手段。另外，采用簡單、經(jīng)濟的方法，對設計和合成一維納米材料也具有重要的研究意義。
　　本研究主要內容包括：⑴采用溶劑熱合成法在180℃反應24 h設計合成了直徑為4μm Bi2S3微米花，該微米花由直徑12 nm左右、長度1μm左右的納米線組裝而成。在此過程中，我們研究了表面活性劑、反應時間和氯離子（Cl-）對產(chǎn)物形貌的影響，首次發(fā)現(xiàn)氯

3、離子（Cl-）能夠調控Bi2S3的形貌能。最后，還研究了以Bi2S3微米花為基體的光電導可見光探測器。測試表明該器件在模擬太陽光下的光電流為暗電流的2個數(shù)量級，其響應時間和衰減時間分別為142 ms和151ms。⑵提出了一種新的混合溶劑熱合成法制備了直徑為4μm Bi2S3微米花，該微米花由直徑為150 nm，長度為2μm的納米柱組裝而成。在此過程中，我們研究了反應時間、溶劑比對產(chǎn)物形貌的影響。我們還利用所合成的Bi2S3微米花和ITO

4、電極通過簡單滴涂的方法制備了一種簡單光電導結構的可見光探測器，測試表明該器件在模擬太陽光下的光電流為暗電流50倍，其響應時間和衰減時間分別為227 ms和880ms。⑶發(fā)展了一種快速、溫和的水熱合成法，利用氨水調節(jié)溶液的pH，在130℃反應9 h制備了Bi2S3納米桿，其直徑和長度分別為50nm和1μm，該制備方法具有成本低、效率高的特點，適用于 Bi2S3晶體的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。通過改變體系中鉍硫比和氨水濃度控制Bi2S3的形貌和尺寸

5、大小。最后，基于所制備的Bi2S3納米桿，以金叉指電極組裝了 Bi2S3可見光探測器。測試表明，該器件具有顯著的光電響應性能。其光電流和暗電流的比值高達195，響應時間和衰減時間分別為371.66ms和386ms。⑷設計并成功地制備了NaV6O15納米桿，即先利用水熱法制備NaV6O15納米帶，該納米片的寬度在50到100nm之間，長度可達數(shù)微米，優(yōu)化了體系中的NO3-離子濃度。我們還研究了退火對NaV6O15納米材料的影響，通過改變退

6、火溫度可調控最終產(chǎn)物的形貌和尺寸，獲得了優(yōu)化的退火溫度，在該溫度下得到了NaV6O15納米桿，其長度和直徑分別為500nm和100nm。最后，我們研究了退火前后NaV6O15的電化學性能差異，發(fā)現(xiàn)退火明顯改善了NaV6O15電化學性能，原因是退火將非晶態(tài)NaV6O15轉變成了晶態(tài)的NaV6O15。退火后的NaV6O15在電流密度為0.3A/g時的比電容為402.8F/g，1000次循環(huán)后的電容保持率為80％。⑸利用一種兩步合成法成功制備

7、了NiO@MnO2納米片陣列核殼結構，即先在熱的鹽酸溶液中制備NiO納米片陣列，該納米片的厚度僅為10nm；再利用水熱法在NiO納米片陣列上沉積一層MnO2，最終得到了NiO@MnO2納米片陣列核殼結構并研究了其電化學性能，在電流密度為3 mA/cm2時的面電容1.04F/cm2，同時該核殼結構還表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能（5000次循環(huán)后的電容保持率92.3%）。最后，將該核殼結構直接用作正極、涂敷在泡沫鎳上的活性炭用作負極組裝了非對稱超級