CdS纳米晶的分子簇直接热解法制备及其结构与性能

论文摘要

本文以(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]分子簇为单源前驱体,采用直接热解法,在十六胺(HDA)中合成了尺寸可控的CdS量子点,研究了反应条件对CdS量子点生长过程的影响规律,阐明了其反应机制;采用上述分子簇为前驱体,在单一表面活性剂体系中成功制备了具有量子限域效应的CdS纳米棒,系统研究了反应条件对CdS纳米晶形貌的影响规律,揭示了CdS纳米棒的形成机制;在此基础上,利用无机分子簇的离子交换作用,以分子簇(Me4N)2[Co4(SC6H5)10]和(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]为前驱体,合成了Co掺杂的CdS量子点和纳米棒,研究了Co掺杂对CdS纳米晶结构和性能及生长过程的影响规律。研究发现,采用分子簇直接热解法制备的CdS量子点为纤锌矿结构,形貌规则,结晶度高,呈现明显的量子尺寸效应,并具有强的荧光发射。在CdS量子点的生长过程中,随着反应温度的升高,量子点粒径逐渐增大,其变化可分为两个阶段:较低温度下,CdS粒径增长缓慢,量子点形核过程占主导地位;反应温度升高到190℃以上,CdS粒径随温度升高迅速增大,量子点进入快速生长阶段。随着反应时间的延长,CdS量子点的粒径逐渐增大,其尺寸分布随反应进行而窄化。在CdS量子点的生长过程中出现了形核和长大两个独立的阶段,这两个阶段在单一溶剂体系中实现了自动分离。该方法简单可控,反应条件温和,可高产率制备CdS量子点(>10g/L)。试验结果表明,所制备的CdS纳米棒形貌均一,尺寸分布窄,长径比约为9:1左右;纳米棒沿c轴生长,为纤锌矿结构。CdS纳米棒呈现出明显的量子限域效应,并具有较大的斯托克位移现象。CdS纳米晶的形貌随反应条件改变而变化,其中单源前驱体浓度对CdS纳米晶的形貌起决定性的作用,低浓度下产物为量子点,较高浓度下为直链纳米棒,高浓度下为分枝状纳米棒。若制备均一的纳米棒,反应前驱体浓度应在合成量子点浓度的二倍以上。提高反应温度和延长反应时间均有利于CdS纳米棒的形成。若制备均匀的、具有较大长径比的CdS纳米棒,反应温度应在190℃以上,反应时间应在5h以上。CdS纳米棒的形成遵循定向吸附机制,反应驱动力为偶极吸引力,CdS纳米晶的形貌取决于偶极吸引和位阻作用之间的相互关系。Co掺杂的CdS量子点(CdS:Co)为近球形的颗粒,形貌均匀,尺寸分布窄,结晶度高,其结构为纤锌矿结构。Co离子掺杂在CdS晶格内部,使得CdS:Co量子点具有室温铁磁性。CdS:Co量子点呈现量子限域效应,荧光峰相对于CdS量子点略有红移。利用前驱体热解法,通过增大分子簇前驱体浓度成功制备了Co掺杂的CdS纳米棒,Co在CdS中的掺杂促进了一维纳米棒的形成,并缩短了反应时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 CdS 纳米材料的晶体结构与性质
• 1.3 CdS 纳米材料的制备
• 1.4 CdS 纳米材料的应用
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 结构与性能表征
• 第3章 CdS 量子点的分子簇直接热解法制备及其结构与反应机理
• 3.1 引言
• 3.2 CdS 量子点的制备及其结构与光学性质
• 3.2.1 分子簇前驱体的制备
• 3.2.2 量子点的制备
• 3.2.3 微观结构
• 3.2.4 光学性质
• 3.3 反应条件对CdS 量子点生长过程的影响
• 3.3.1 反应温度的影响
• 3.3.2 反应时间的影响
• 3.4 CdS 量子点的反应机理
• 3.5 本章小结
• 第4章 CdS 纳米棒的分子簇直接热解法制备及其结构与形成机制
• 4.1 引言
• 4.2 CdS 纳米棒的制备及其结构与光学性质
• 4.2.1 纳米棒的制备
• 4.2.2 微观结构
• 4.2.3 光学性质
• 4.3 反应条件对CdS 纳米棒生长过程的影响
• 4.3.1 前驱体浓度的影响
• 4.3.2 反应温度的影响
• 4.3.3 反应时间的影响
• 4.4 CdS 纳米棒的形成机制
• 4.5 本章小结
• 第5章 Co 掺杂CdS 纳米晶的分子簇直接热解法制备与微观结构
• 5.1 引言
• 5.2 Co 掺杂CdS 量子点的制备与微观结构及性质
• 5.2.1 分子簇前驱体的制备
• 5.2.2 Co 掺杂CdS 量子点的制备与微观结构
• 5.2.3 Co 掺杂CdS 量子点的性质
• 5.2.4 Co 掺杂对CdS 量子点生长过程的影响
• 5.3 Co 掺杂CdS 纳米棒的制备与微观结构
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历