金属硫族化合物纳米晶的制备和性质研究

论文摘要

纳米材料的性质主要取决于其组成基元的尺寸、形貌和晶型等参数,因而进行具有不同尺寸和形貌的纳米粒子的控制合成研究是纳米材料研究的一个重点。作为一类重要的功能材料,硫族半导体在光学、电子学、光电转化、热电、传感、医疗诊断等领域有重要的应用,近年来对其研究异常活跃。目前已发展出多种制备硫属半导体纳米晶的方法,但反应选用的介质大多为均相体系。本文主要探索用液液界面法进行硫属半导体纳米晶的可控合成,主要结果如下：（1）利用油酸镉（Cd-Oleate）配合物和CdCl2·2H2O作为镉源,分别以硫代乙酰胺和三辛基磷硒作为硫源和硒源,设计了新颖的液液界面合成路线（乙二醇—十八碳烯体系）,通过调节反应温度、反应时间、金属盐和粘度等实验参数,成功制得了CdS纳米晶、CdSe量子点、四面体状以及薄饼状CdSe纳米晶。采用X-射线能量分散光谱仪（EDS）、粉末X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、紫外-可见光谱仪（UV-vis）、傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）以及荧光光谱仪等实验手段对所得样品进行了表征和分析。与相应的体相材料相比,所得CdS和CdSe纳米晶的吸收光谱都发生了明显的蓝移,体现出明显的量子尺寸效应。此外,在特定波长的光激发下,所得CdS和CdSe纳米晶都发射出很强的绿光。（2）利用无水醋酸铅做铅源,以三辛基膦硒做硒源,用上述液液体系,通过改变反应温度,成功合成了1D螺旋状PbSe纳米晶组装体,用X-射线能量分散光谱仪（EDS）、粉末X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等实验手段对所得样品进行了表征和分析。XRD分析表明,随着温度的升高（从140℃升高到200℃）,PbSe纳米晶的晶型由混合相（立方相和正交相）转变为立方相。对立方相和混合相两种晶型的PbSe纳米晶的电化学发光性能测试表明,立方相PbSe纳米晶具有强的电致化学发光强度。（3）利用水热方法,在聚乙二醇（PEG）水溶液体系中,以NiSO4·6H2O为镍源,Se02为硒源,采用次磷酸钠作为还原剂,得到了一维NiSe2纳米片簇合物。用X-射线能量扩散光谱仪（EDS）、X-射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对样品的组份、物相结构和形貌进行了表征。进一步研究了PEG的浓度、溶液pH值以及Ni、Se投料比等参数对产物形貌的影响。一系列实验表明所得NiSe2纳米片簇是由起始生成的圆片状NiSe2经过一定时间的演变而形成的。此外,研究了所得NiSe2纳米片簇合物的光学性质和电化学性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料的制备方法
• 1.1.1 水热和溶剂热合成法
• 1.1.2 非水体系中热分解或化合法
• 1.1.3 微乳液法
• 1.1.4 模板法
• 1.1.6 液液界面合成法
• 1.1.7 多元醇法
• 1.2 半导体纳米材料的电致化学发光性质和应用
• 1.2.1 电致化学发光的基本反应机理
• 1.2.1.1 甄灭电化学发光反应机理
• 1.2.1.2 共反应剂电化学发光反应机理
• 1.2.1.3 氧化物修饰的阴极电化学发光
• 1.2.2 半导体纳米材料的电致化学发光
• 1.3 本课题立项依据
• 第二章 CdS纳米晶的合成及性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.2 样品的合成方法
• 2.2.3 样品的表征方法及测试
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 CdS纳米晶的EDS分析
• 2.3.2 CdS纳米晶的XRD表征
• 2.3.3 CdS纳米晶的TEM和HRTEM表征
• 2.3.4 红外光谱分析
• 2.3.5 影响CdS纳米晶形成因素的讨论
• 2.4 CdS纳米晶的性质
• 2.4.1 紫外-可见吸收光谱
• 2.4.2 荧光光谱
• 2.4.3 纳米粒子修饰电极电化学发光（ECL）
• 2.5 实验结论
• 第三章 薄饼状CdSe纳米晶的合成及其性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 薄饼状CdSe纳米粒子的制备及表征
• 3.2.1 实验试剂和仪器
• 3.2.2 样品的合成方法
• 3.2.3 样品的表征方法及测试
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 薄饼状CdSe纳米晶的EDS和XRD分析
• 3.3.2 薄饼状CdSe纳米晶的TEM和HRTEM表征
• 3.3.3 薄饼状Cdse纳米粒子形成机理的讨论
• 3.4 CdSe纳米晶光学性质
• 3.4.1 紫外-可见吸收光谱
• 3.4.2 荧光光谱
• 3.4.3 CdSe纳米晶电化学发光（ECL）性质
• 3.5 本章小结
• 第四章 螺旋状PbSe纳米粒子的合成和性质研究
• 4.1 引言
• 4.2 螺旋状PbSe纳米粒子的制备及表征
• 4.2.1 实验试剂和仪器
• 4.2.2 样品的合成方法
• 4.2.3 样品的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PbSe的XRD、EDS的表征
• 4.3.2 TEM和HRTEM表征
• 4.3.3 温度对螺旋状PbSe纳米晶
• 4.4 螺旋状PbSe的电化学性质
• 4.5 本章小结
• 第五章 硒化镍纳米粒子的制备和性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂和仪器
• 5.2.2 硒化镍纳米粒子的制备
• 5.2.3 样品的表征
• 5.3 结果与讨论
• 2纳米片簇的表征'>5.3.1 NiSe₂纳米片簇的表征
• 2纳米片簇的EDS表征'>5.3.1.1 NiSe₂纳米片簇的EDS表征
• 2纳米片簇的XRD表征'>5.3.1.2 NiSe₂纳米片簇的XRD表征
• 5.3.1.3 TEM和SEM表征
• 2纳米片簇形成的因素'>5.3.2 影响NiSe₂纳米片簇形成的因素
• 5.3.2.1 PEG对纳米粒子的影响
• 5.3.2.2 反应原料镍硒比对产物形貌和成分的影响
• 5.3.2.3 pH值的影响
• 2纳米片簇的生长机理'>5.4 NiSe₂纳米片簇的生长机理
• 2纳米粒子的光学性质研究'>5.5 NiSe₂纳米粒子的光学性质研究
• 2纳米粒子UV-vis光谱'>5.5.1 NiSe₂纳米粒子UV-vis光谱
• 2的电化学性质'>5.6 NiSe₂的电化学性质
• 3²⁺-NiSe₂纳米粒子的性质'>5.6.1 Ru（bpy）₃²⁺-NiSe₂纳米粒子的性质
• 3²⁺-NiSe₂修饰的碳糊电极（CPE）的电化学和ECL性质'>5.6.2 Ru（bpy）₃²⁺-NiSe₂修饰的碳糊电极（CPE）的电化学和ECL性质
• 3²⁺-NiSe₂纳米粒子修饰碳糊电极的稳定性'>5.6.3 Ru（bpy）₃²⁺-NiSe₂纳米粒子修饰碳糊电极的稳定性
• 5.7 小结
• 全文小结
• 参考文献
• 硕士期间完成的论文
• 致谢