铋基金属—半导体异质结构纳米材料的合成及其表征

发布时间：2018-06-21 22:46

本文选题：金属-半导体 + 异质结构　；参考：《西南大学》2017年硕士论文

【摘要】：金属-半导体异质结构纳米材料因其新颖的结构受到广泛的关注。由于异质结的存在可以有效的控制电子、空穴的传输,从而使其具有独特的光电特性、界面特性、热电特性、催化特性和荧光特性等。众所周知,纳米材料的组成、结构、尺寸大小和形貌极大地影响其内在属性,但目前合成的金属-半导体异质结构纳米材料普遍存在尺寸不均、界面有缺陷、合成操作复杂和对环境危害大等缺点,这将制约着它的性能研究和广泛应用。因此大量的努力对研究金属-半导体异质结构纳米材料的性质是通过控制其尺寸和形貌。在过去的这些年,电沉积、CVD技术、微波辅助法、模板法和外延生长法等都致力于合成金属-半导体异质结构纳米材料,然而这些方法往往需要高温、高压、气氛保护和操作复杂等苛刻的反应条件和设备,从而很大程度上限制了金属-半导体异质结构纳米材料的发展。本论文将基于纳米晶体生长动力学和晶体生长的各向异性特性以及溶液-液相-固相(SLS)生长机制为指导,建立了一种简易的多元醇方法通过“三步走”来制备金属-半导体异质结构纳米材料。与上述方法相比,多元醇法在制备过程中有很大的优势,如操作简单、反应条件温和、设备要求低和环境友好型,从而成为制备不同无机纳米材料的有效策略。最后,本论文主要研究铋基金属-半导体异质结构纳米材料的可控合成,并对其结构和形貌进行表征,探索了金属-半导体异质结构纳米晶在液相合成中的成核和生长机理。本论文研究的主要内容如下:(1)通过聚合物辅助的多元醇方法,在引入少量Fe~(3+)后获得了均匀的半中空和中空Bi纳米球,其尺寸平均为280nm和160nm,相比于未加入Fe~(3+)所制备的Bi纳米球而言其尺寸变的更加均一。特别是Fe~(3+)的引入形成的半空状或者中空纳米球,是依赖于金属间的Kirkendall效应。实验过程中,在多元醇体系下通过控制聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)的质量、Bi源和Fe~(3+)的摩尔比以及各自浓度可以控制合成具有不同尺寸和中空度的Bi纳米球。(2)采用简单的多元醇法,以葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)作为辅助剂,合成铅的硫属化合物PbE(E=S,Se,Te)纳米片。首先制备出形貌均一的Pb纳米花,然后添加S(Se,Te)源反应物再形成PbE的堆积纳米片。发现合成的二维PbE堆积纳米片具有较大表面积,厚度约为40nm,且具有规则的几何外形。(3)采用简易的溶剂热方法,通过分“三步走”成功制备了Bi-FeS、Bi-CuS_2和Bi-CoS异质结构纳米材料。特别的,在保证“第一步”Bi源和“第二步”M源(M=Fe,Cu,Co,Ni源)量不变的情况下,“第三步”硫化的过程中实验结果表明,过量的S源可以获得Bi-FeS-Bi_2S_3异质结构、三元相Cu_3BiS_3和Ni_3Bi_2S_2纳米材料。基于对实验现象与结果的分析,铋基金属-半导体异质结构的生长应该遵循溶液-液相-固相(SLS)生长机制。(4)通过“三步走”的实验方法,成功制备了高稳定性的Bi-PbE(E=S,Se,Te)异质结构纳米材料。对于合成典型的Bi-PbS异质结构纳米材料,实验结果分析表明,通过改变硫化的反应时间、硫化过程中S源的量、Bi源的量以及各反应参量的浓度时对“火柴状”Bi-PbS的形貌和杆的横纵比有重要影响。此外,还获得了开孔的球状Bi-PbSe和“星形状”的Bi-PbTe异质结构纳米材料。最后,对Bi-PbE(E=S,Se,Te)异质结构纳米材料可能的形成机制做了定性的阐述。
[Abstract]:In this paper , the properties of nano - materials of metal - semiconductor heterostructure have been studied by controlling their size and morphology . The Bi - PbS - Bi _ 2S _ 3 heterostructure , ternary phase Cu _ 3BiS _ 3 and Ni _ 3Bi _ 2S _ 2 nano - material have been successfully prepared by using simple solvent thermal method . The results show that the Bi - PbS - Bi _ 2S _ 3 heterogeneous structure , ternary phase Cu _ 3BiS _ 3 and Ni _ 3Bi _ 2S _ 2 nano - material have been prepared successfully .
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

【参考文献】