ZnCdSe和Nip纳米体系的XAFS研究

论文摘要

纳米材料的研究是目前材料科学研究的一个热点,纳米科技被共认为是21世纪最具有前途的科研领域。纳米尺度（1- 100nm）物体的性质由于受到量子效应、尺寸效应、表面效应以及其它一些特殊效应的影响,往往导致纳米物质的电子学、热力学、磁学、光学和化学性质发生了根本性的改变并出现一些新奇的现象。本论文中,以优良光电性能的Cd掺杂ZnSe半导体量子点和具有催化活性的NiP纳米非晶态合金为研究对象,运用时间分辨的同步辐射XAFS观测了Cd掺杂ZnSe量子点的生长过程;利用XAFS结合透射电镜、X射线衍射等实验方法探索了P含量对NiP纳米非晶态合金结构的影响。本论文主要包括以下内容:1. Cd掺杂ZnSe量子点生长的原位XAFS研究利用流动式反应器原理,研制出适用于观测纳米材料液相生长过程的同步辐射时间分辨的原位XAFS实验装置,并运用该装置和快速XAFS技术原位实时地测量了水相合成L-谷胱甘肽包覆的Zn1-xCdxSe量子点的生长过程中Se原子局域结构的变化。通过对Se K边EXAFS数据的分析,证实了ZnSe量子点的生长遵循Ostwald熟化机理,其生长过程分为快速成核过程和之后的缓慢生长过程两步。量子点晶格发生了收缩以减小表面能从而使总自由能最小,随着反应时间的增加,量子点的尺寸增大,Se-Zn键收缩的现象有所缓解。掺入Cd后,ZnSe量子点的晶格发生膨胀,结构无序度增大。研究结果显示了时间分辨XAFS技术在研究液相合成纳米材料的生长过程中的巨大潜力。2.不同磷含量下NiP纳米非晶态合金的结构利用X射线吸收精细结构（XAFS）和X射线衍射（XRD）研究了化学还原法制备的不同磷含量的Ni100-xPx合金的原子和电子结构。用苯加氢为探针表征了纳米非晶态合金NiP的催化性能,建立了NiP纳米非晶态合金的磷含量、结构、性能三者之间的关系。结果表明,当x = 10时,磷元素的掺入导致了NiP样品中fcc结构的镍晶格扭曲和膨胀,Ni-Ni第一近邻配位的键长约增加0.03 ?。随着磷含量的增加,膨胀和扭曲加剧,当x达到14左右时,样品的fcc-Ni晶格被完全破坏,从而形成非晶态NiP合金。X射线吸收近边结构（XANES）的结果表明,低磷含量（x≤10）时Ni100-xPx样品的电子结构没有明显的变化,随着磷含量的增加,Ni 4p态的分布变得宽化和越来越弥散。而当x达到26时,有大量电荷从Ni原子转移到P原子。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 X 射线吸收谱学
• 1.1.1 X 射线吸收谱的发展历史
• 1.1.2 XAFS 方法的特点
• 1.1.3 XAFS 方法在纳米材料领域的应用
• 1.2 时间分辨的同步辐射XAFS 技术
• 1.3 ZnSe-Cd 量子点的水相合成
• 1.4 NiP 纳米非晶态合金
• 参考文献
• 第二章 XAFS 基本理论
• 2.1 EXAFS 的基本理论
• 2.1.1 XAFS 的产生
• 2.1.2 EXAFS 的单散射理论
• 2.1.3 EXAFS 的多重散射理论
• 2.1.4 EXAFS 基本方程的一些修正
• 2.1.5 无序体系的EXAFS 表达式
• 2.2 XANES 基本理论
• 2.2.1 自洽势（SCF）
• 2.2.2 全多重散射（FMS）
• 2.2.3 LDOS 的计算
• 2.2.4 Fermi 能和电荷转移
• 参考文献
• 第三章 NSRL U7C 能量色散 XAFS 实验站的设计
• 3.1 国际上已建成的DXAFS 实验站概况
• 3.1.1 ESRF ID24
• 3.1.2 Spring8 BL28B2
• 3.1.3 NSLS X6A
• 3.2 NSRL U7C 的DXAFS 设计方案
• 3.2.1 NSRL 光源的主要性能指标
• 3.2.2 DXAFS 实验站设计
• 3.2.3 实验站性能指标的理论计算
• 3.3 DXAFS 实验站的测试结果
• 参考文献
• 第四章 ZnCdSe 量子点的生长过程
• 1-xCd_xSe 量子点样品的制备'>4.1 Zn_1-xCd_xSe 量子点样品的制备
• 1-xCd_xSe 量子点的光学性能'>4.2 Zn_1-xCd_xSe 量子点的光学性能
• 4.3 纳米材料液相合成过程的原位观测
• 4.3.1 原位观测纳米材料液相合成过程的现状
• 4.3.2 时间分辨XAFS 实验装置设计
• 1-xCd_xSe 量子点的生长过程'>4.4 时间分辨XAFS 研究Zn_1-xCd_xSe 量子点的生长过程
• 4.4.1 BSRF 1W1B 束线QXAFS 的性能指标
• 4.4.2 EXAFS 实验数据的分析处理
• 1-xCd_xSe 量子点生长过程中的结构变化'>4.4.3 Zn_1-xCd_xSe 量子点生长过程中的结构变化
• 参考文献
• 第五章 NiP 纳米非晶态合金的结构
• 5.1 NiP 纳米非晶态合金样品的制备
• 5.1.1 化学试剂和实验装置
• 5.1.2 不同P 含量的NiP 纳米非晶态合金的制备
• 5.2 NiP 纳米非晶态合金样品的研究方法及实验设备
• 5.2.1 感应耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP）
• 5.2.2 透射电子显微镜（TEM）
• 5.2.3 差热分析仪（DTA）
• 5.2.4 X-射线衍射（XRD）
• 5.2.5 X-射线吸收精细结构（XAFS）
• 5.3 NiP 纳米非晶态合金的组成及形貌
• 5.4 苯加氢探针对NiP 纳米非晶态合金催化剂活性的研究
• 5.4.1 不同P 含量下的NiP 纳米非晶态合金的催化活性
• 5.4.2 不同退火温度下NiP 纳米非晶态合金的催化活性
• 5.5 NiP 纳米非晶态合金的热稳定性
• 5.6 XRD 研究NiP 纳米非晶态合金的结构
• 5.7 XAFS 研究不同P 含量下NiP 纳米非晶态合金的局域结构
• 5.7.1 非晶态合金样品的EXAFS 谱数据分析
• 5.7.2 EXAFS 研究不同P 含量下NiP 纳米非晶态合金的局域结构
• 5.7.3 XANES 研究不同P 含量下NiP 纳米非晶态合金的局域结构
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
• 致谢