半导体（Si、SiC、TiC）纳米晶体形态控制及其光/电催化特性

发布时间：2021-10-30 07:02

　　纳米半导体材料是一种自然界中并不存在的人工制造新型半导体材料,随着材料维度的降低和结构特征尺度的减小,量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应、库伦阻塞效应以及非线性光学效应都表现得越来越明显,使得纳米半导体材料表现出独特的物理化学性质,如光/电催化特性、光电转换特性及电学特征等。利用这些特性,纳米半导体材料可用于制作环境污染物降解电极、单电子储存器件、量子激光器、能量存储与转换等,为科学技术及产业发展带来新的机遇。不同于以往纳米结构半导体的制备方法,本文基于高能惰性气体等离子体所具有的诱导晶体各向异性生长的作用、高能H2等离子体具有的均匀化晶体表面能的作用,采用直流电弧等离子体蒸发法,通过改变制备气氛中气体种类、比例,制得具有圆球形、纳米片、纳米带状形貌特征的Si纳米晶体,以及具有立方体、平截立方体、平截八面体形貌特征的TiC/C纳米晶体。通过建立反应气氛与产物组分、结构及形态的对应关系,研究了纳米结构半导体的气相合成规律及机理,为设计、制备及调控半导体纳米结构与物理化学性能提供了实验依据和理论分析。测试了 Si、SiC和TiC/C纳米晶体在光电响应、电化学反应和催化反应等能量转化体... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１娃纳米片（ａ，ｂ）扫描电镜图和透射电焼图；（ｃ，ｄ）直接和间接带隙图??Ｆｉｇ．?１．１?（ａ，ｂ）?ＳＥＭ?ａｎｄ?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ；?（ｃ，ｄ）?ｐｌｏｔｓ?ｏｆ?ｄｉｒｅｃｔ?ａｎｄ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｂａｎｄ?ｇａｐ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ??ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ［ｉ８］??

／ＶＩ、??Ｉ囚??￡（Ｍｒ？ｙ?（＃Ｖ）??图１．１娃纳米片（ａ，ｂ）扫描电镜图和透射电焼图；（ｃ，ｄ）直接和间接带隙图??Ｆｉｇ．?１．１?（ａ，ｂ）?ＳＥＭ?ａｎｄ?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ；?（ｃ，ｄ）?ｐｌｏｔｓ?ｏｆ?ｄｉｒｅｃｔ?ａｎｄ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｂａｎｄ?ｇａｐ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ??ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ［ｉ８］??近几年来，二维桂纳米片，特别是采用ｓｐ２杂化或者ｓｐ２－ｓｐ３杂化的珪帰，吸引了许??多科学家的兴趣，并在理论和实验上进行了研究。珪帰是最新发现的珪同素异形??体，可看作是娃版本的石墨帰。因此，珪稀具有许多像石墨婦那样迷人的特性，如Ｄｉｒａｃ??电子分布。ｆＷＣｈｉａｐｐｅ等在Ｍ０Ｓ２基体上分子束外延生长制得桂纳米片，并测试其电??学特性。结果显示，珪纳米片厚度从２?ｎｍ变化到１３?ｎｍ时，其光学禁带宽度从１．８?ｅＶ??变化到３．２ｅＶ

ｍＡｇ－＾，相应库伦效率约为７９．１％。充放电循环测试显示珪纳米片的容量在前１０次循??环中下降很快，循环２００次后其比容量约为６００ｍＡｈｇ人如图１．３所示。??可见，不同形态娃纳米材料具有不同的光学和电化学特性，在光学和能源领域都具??有深入研究价值和广阔应用前景。??１．１．２碳化植纳米材料??ＳｉＣ是一种很重要的半导体化合物，由Ｃ－Ｓｉ相图（图１．４）可知Ｃ与Ｓｉ间不存在??固溶体，ＳｉＣ中Ｓｉ原子和Ｃ原子严格遵循化学计量比，也就是Ｓｉ元素和Ｃ元素各占５０％。??中性Ｓｉ和Ｃ原子基态时的电子结构为：??Ｓｉ，?１４ｅ＇：?ｌｓ＾２ｓ＾２ｐ＾３ｓ＾３ｐ＾??Ｃ，?６ｅ－：?ｌｓ＾２ｓ＾２ｐ＾??Ｓｉ和Ｃ原子都为四价元素，最外层含有四个价电子，它们之间采取ＳＰ３杂化共用一个??ＳＰ３杂化轨道，形成共价四面体结构，每个Ｓ


本文编号：3466285