复杂纳米结构金属硫化物的控制合成

论文摘要

金属硫化物纳米材料是一类重要的且应用背景广泛的半导体材料。本论文采用了温和、简单的水热法合成了儿种重要的金属硫化物纳米材料,目的在于对产品的物相、形貌和尺寸进行有效控制,从而进一步调控他们的光学性质。本论文利用X-射线粉末衍射（XRD）、能谱（EDX）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、紫外吸收光谱（UV-vis）、荧光光谱（PL）等多种现代分析测试手段对所得产品的结构、物相、组成、形貌、尺寸大小和光学性质等进行了表征。已完成的主要内容如下：1、利用含氟配合物为前驱体,在无任何表面活性剂和模板条件下,通过一条新颖的沉淀转化水热法120℃反应6h合成了3D-分级结构的CuS微球（微球直径约为1-3μm,纳米片厚度约20nm）。我们利用XRD、EDX、FT-IR、Raman、 FE-SEM和HRTEM等分析技术手段系统研究了时间,浓度,反应温度等反应参数对CuS形貌和物相的影响,并提出了3D-分级结构的可能形成机理。除此之外,我们还研究了CuS的光学性质和热稳定性。2、以草酸盐为前驱体,利用沉淀转化水热法合成了CuS,ZnS （?）口PbS空心结构硫化物：（a）以Cu（NO3）2·3H2O、H2C2O4和Na2S·9H2O为原料,水热180℃反应12h合成了CuS空心球（空心球直径约为1-2μm,纳米片厚度约50nm）,并研究了时间,浓度,反应温度等条件对CuS形貌和物相的影响。除此之外,我们还研究了CuS的光学性质；（b）以Zn（NO3）2·3H2O、Na2C2O4和DDTC为原料,溶剂热180℃反应12h合成了空心球状ZnS（空心球直径约为2μm,多面体直径约50nm）,并通过改变水醇溶剂比例来合成不同相ZnS,此外,还研究了不同相ZnS的光学性质；（c）以Pb（NO3）2、Na2C2O4和Na2S·9H2O为原料,水热180℃反应12h合成了空心管状PbS（空心管外径约为1-2μm,颗粒大小约80μm）。我们利用XRD、EDX、Raman、FE-SEM和HRTEM等分析技术手段对产品的结构、组成、形貌以及尺寸大小进行了表征,并提出了中空结构的可能形成机理。3、以硫酸盐和碳酸盐为前驱体,利用沉淀转化水热法分别合成空心笼状PbS和棒状PbS：（a）以Pb（NO3）2、Na2SO4和Na2S·9H2O为原料水热合成了空心笼状PbS（空心笼直径约为2μm,立方块直径约200nm）,并提出了中空笼状结构的可能形成机理；（b）以Pb（NO3）、Na2CO3和Na2S·9H2O为原料水热合成了棒状PbS（棒长约1-3μm,颗粒大小约60nm）。我们利用XRD、EDX、Raman、FE-SEM和HRTEM等分析技术手段对产品的结构、组成、形貌以及尺寸大小进行了表征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米硫化物
• 1.2 CuS概述
• 1.3 ZnS概述
• 1.4 PbS概述
• 1.5 CuS、ZnS和PbS纳米材料的制备方法
• 1.5.1 单源分子前驱体法
• 1.5.2 微乳液法
• 1.5.3 模板合成法
• 1.5.4 均匀沉淀法
• 1.5.5 微波辐射法
• 1.5.6 水热与溶剂热法
• 1.6 奥斯特瓦尔德熟化和柯肯达尔效应
• 1.7 本文研究背景与选题意义
• 1.8 本文主要研究内容与创新点
• 参考文献
• 第二章 三维结构CuS的控制合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验所需试剂及设备
• 2.2.2 水热法制备三维分等级结构CuS
• 2.2.3 产物的表征
• 2.2.4 三维分级结构硫化铜的热稳定性研究
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.0 CuS的XRD表征
• 2.3.1 CuS的EDX表征
• 2.3.2 CuS的Raman表征
• 2.3.3 CuS的FE-SEM和HRTEM表征
• 2.3.4 反应温度对形貌的影响
• 2.3.5 反应时间对形貌的影响
• 2.3.6 反应物摩尔比对形貌的影响
• 2.4 反应机理探究
• 2.5 硫化铜紫外吸收表征
• 2.6 硫化铜热稳定性研究
• 2.7 小结
• 参考文献
• 第三章 草酸盐转化法制备纳米空心结构CuS,ZnS和PbS
• 3.1 引言草酸盐转化法控制合成CuS空心球
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 实验所需试剂及设备
• 3.1.1.2 水热法制备空心球状CuS
• 3.1.1.3 产物的表征
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.2.1 空心球状CuS的XRD表征
• 3.1.2.2 空心球状CuS的EDX表征
• 3.1.2.3 CuS空心球的FE-SEM和HRTEM表征
• 3.1.2.4 反应温度对空心球状CuS形貌的影响
• 3.1.2.5 反应时间对CuS空心球形貌的影响
• 3.1.2.6 反应物摩尔比对CuS空心球形貌的影响
• 3.1.2.7 反应物浓度对CuS空心球形貌的影响
• 3.1.3 反应机理探究
• 3.1.4 硫化铜紫外吸收表征
• 3.2 草酸盐转化法控制合成ZnS空心球
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 实验所需试剂及设备
• 3.2.1.2 水热法制备球状ZnS
• 3.2.1.3 产物的表征
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 空心球ZnS的XRD表征
• 3.2.2.2 空心球ZnS的EDX表征
• 3.2.2.3 空心球ZnS的FESEM表征
• 3.2.3 空心球ZnS的光学性质
• 3.2.3.1 空心球ZnS的UV表征
• 3.2.3.2 空心球ZnS的PL表征
• 3.3 草酸盐转化法控制合成PbS空心管
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 实验所需试剂及设备
• 3.3.1.2 水热法制备PbS空心管
• 3.3.1.3 产物的表征
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.2.1 空心管状PbS的XRD表征
• 3.3.2.2 空心管状PbS的EDX表征
• 3.3.2.3 空心管状PbS的FE-SEM表征
• 3.3.2.4 空心管状PbS的Raman表征
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 笼状和棒状PbS的水热控制合成
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验所需试剂及设备
• 4.2.2 水热法制备笼状和棒状PbS
• 4.2.3 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 笼状PbS的XRD表征
• 4.3.2 PbS的EDX表征
• 4.3.3 PbS的FE-SEM和HRTEM表征
• 4.3.4 产物的Raman表征
• 4.4 合成机理探讨
• 4.5 小结
• 参考文献
• 总结与展望
• 硕士期间发表论文情况
• 致谢