兩親分子引導(dǎo)下低維半導(dǎo)體納米材料的低溫液相合成和性能研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)的可控合成是納米科技發(fā)展的重要組成部分，是探索納米材料性能和應(yīng)用的基礎(chǔ)。在納米材料的化學制備方法中，液相法，尤其是以水為溶劑的液相法因低耗、環(huán)保而備受關(guān)注。本論文以膠體與界面化學基本原理為基礎(chǔ)，利用兩親分子在納/微米結(jié)構(gòu)材料的合成與組裝過程中的巧妙調(diào)控作用，制備了一系列低維的半導(dǎo)體納米材料及其自組裝超結(jié)構(gòu)；探討了兩親分子在半導(dǎo)體納米材料形貌調(diào)控方面的作用機理；對所合成材料的組成、結(jié)構(gòu)及形貌進行了細致的表征；考察了所制備的納米材料

2、的光學性質(zhì)和光催化性能。 利用兩親分子在水溶液中可以形成膠束的特性，以二硫化碳為硫源，在較低溫度下（40或50℃），采用不同的兩親分子（PVP或SDBS）分別得到了ZnS納米空心球和納米管。所制備的ZnS納米空心球表現(xiàn)出良好的紫外光催化性能。 利用兩親分子CTAB可以形成微乳液的特性，以溶劑熱法制備了高軸徑比的ZnS納米線，通過改變實驗參數(shù)獲得了納米棒和竹葉狀納米棒形貌的ZnS。其中竹葉狀的納米棒在電子束輻照下會變成空心

3、結(jié)構(gòu)。 利用雙齒配體乙二胺能夠在晶體表面吸附的特性，在水溶液中加入適量乙二胺，通過水熱路線制備了毛線球狀的六方晶相的ZnS納米線自組裝結(jié)構(gòu)。由于乙二胺較強的配位能力，本方法還可以用來制備多種離子（Eu、Cd、Mn、Co）摻雜的ZnS納米結(jié)構(gòu)，摻雜后產(chǎn)物的形貌仍舊保持了毛線球狀的自組裝結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物的發(fā)光性能因摻雜Eu離子而有很大增強和改變。由于蓬松的ZnS自組裝納米結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，在紫外光催化方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，部分摻雜

4、產(chǎn)物還表現(xiàn)出優(yōu)良的可見光催化性能。 利用兩親分子CTAB在不同晶面具有選擇性吸附的性能，以水為反應(yīng)介質(zhì)，分別在常規(guī)條件和水熱條件下制備了松針、帶、棒、毛絨花等多種形貌的PbS納米結(jié)構(gòu)以及Ag2S納米多面體和立方體。 利用兩親分子PVP對不同晶面具有選擇性吸附的性能，通過在水溶劑中引入生物相容性的甘油共同作溶劑，在室溫條件下制備了PbS納米直角立方體，產(chǎn)量大，重現(xiàn)性好，而且可以在存放了兩年之久仍保持良好的形貌和單分散性。在

5、所得到的PbS納米立方體表面包覆一層SiO2，可以拓寬其應(yīng)用范圍，而將核殼結(jié)構(gòu)中的核溶解后得到了立方形的SiO2納米盒。 利用層狀結(jié)構(gòu)晶體自身強烈的生長成一維結(jié)構(gòu)的特性，通過適當調(diào)控反應(yīng)條件，以水為反應(yīng)介質(zhì)，在室溫條件下制備了花狀的Bi2S3納米自組裝結(jié)構(gòu)，在水熱條件下得到了Ni（OH）2納米帶、納米線和納米片，煅燒后得到了多孔的NiO納米帶、納米線和納米片。 利用兩親分子PVP對ZnO的（0001）面的優(yōu)勢吸附特性，通

6、過調(diào)節(jié)PVP的用量分別制備了由尖頭納米棒或平頭納米棒自組裝而成的ZnO菊花狀納米結(jié)構(gòu)。利用本體系還制備了Pb、Cu、Co摻雜的ZnO納米自組裝結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)摻雜離子的種類對ZnO的形貌和自組裝形式都有一定的影響，尤其是Co離子會減少自組裝建筑單元的數(shù)目，在高濃度Co存在時得到的是具有三、四或者六臂的ZnO納米自組裝結(jié)構(gòu)。光致發(fā)光測試表明摻雜態(tài)的ZnO納米產(chǎn)物發(fā)光強度均高于未摻雜的ZnO納米結(jié)構(gòu)。 通過本論文的研究，在基于膠體化學方

7、法調(diào)控半導(dǎo)體納米材料的形貌方面，獲得了以下具有重要理論和實際意義的認識： （1）兩親分子對納米材料制備的形貌調(diào)控作用是不容置疑的，往往通過形成膠束或是對不同晶面的選擇性吸附來實現(xiàn)其形貌調(diào)控作用，另外還有利于防止納米粒子的團聚。但兩親分子的作用并不是孤立實現(xiàn)的，制備體系的其他參數(shù)的協(xié)同作用不能忽視。 （2）當物質(zhì)本身具有強烈的生長成一維結(jié)構(gòu)的趨勢時，兩親分子的形貌調(diào)控作用便不明顯，而具有這種強烈的一維生長結(jié)構(gòu)趨勢的物質(zhì)往往

8、具有層狀結(jié)構(gòu)，加入體系中的兩親分子容易插入層中而不是吸附在晶體表面，因此其形貌調(diào)控作用被減弱。另外，如果體系中存在著具有強配位能力的配體時，如乙二胺，它們與納米晶表面的金屬原子發(fā)生螯合從而吸附在納米晶表面，起到了類似于兩親分子的作用，此時少量的兩親分子的引入也不能對產(chǎn)物形貌起到明顯的調(diào)控作用。 （3）通過控制適當?shù)臈l件和設(shè)計適當?shù)闹苽潴w系，在水相中實現(xiàn)各種納米材料的多種形貌的制備是完全可能的。這就為工業(yè)批量生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。