多元硫化物半导体纳米材料的液相合成、组装与性能研究

论文摘要

硫化物是一类重要的半导体材料，在太阳能电池、光电器件、生物标记等领域具有很重要的应用价值。目前硫化物纳米晶的研究主要集中于组分或结构单一的传统纳米晶。多组分或杂化硫化物纳米晶具有不同于传统材料的特殊的能带结构，对实现材料的性质剪裁和提高纳米晶器件的性能具有十分重要的意义。随着纳米材料科学的不断发展，对组成和结构复杂的半导体纳米晶的研究也开始得到关注。本文发展了十二硫醇混合液相体系成功实现了多元硫化物半导体纳米晶和异质结构硫化物纳米晶的调控合成，并探讨了其生长机制以及纳米晶的自组装行为，同时初步研究了多元硫化物纳米晶的光电性质。在十二硫醇混合体系中，作为主体部分的十二硫醇具有硫源、溶剂和表面活性三种主要作用。十二硫醇与多种金属可以在低温下生成金属硫醇盐，该有机金属配合物在一定的反应温度下可以分解得到相应的硫化物纳米晶。但是，单独使用硫醇并不能对所有的金属离子都提供足够的配位能力，因此在多元硫化物纳米晶的合成中需要加入与硫醇配位能力不同的表面活性剂，以达到对目标纳米晶的良好控制能力。发展出的硫醇-油胺和硫醇-油酸混合体系可用于合成纤锌矿CuInS2纳米晶和纤锌矿Cu2ZnSnS4纳米晶，混合体系可保证多种阳离子在纳米晶中均匀分布，无副产物的产生。但是，这两种体系的配位性质也具有差别，用两种体系合成得到的同类纳米晶具有不同的形貌。该方法原料简单，操作简便，产率较高，具有放大生产的潜质。同时，硫醇-油酸混合体系还可以成功用于异质结构纳米棒的制备。通过往体系中加入Cu2S或Ag2S纳米晶作为晶种，可以引导生长出均匀的ZnS纳米棒。Cu2S和Ag2S在反应中同时作为晶核和催化剂引导ZnS纳米晶的一维生长。多种硫化物纳米晶的成功的合成验证了十二硫醇混合体系具有操作简便，可控性好，通用性高等优点，特别是对多组分的硫化物纳米晶的合成具有很高的适用性。本论文的研究结果为今后对多元硫化纳米晶的深入理论研究和实际应用打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 半导体纳米材料概述
• 1.1.2 半导体材料的液相合成方法及理论基础
• 1.1.2.1 化学沉淀法
• 1.1.2.2 热分解法
• 1.1.2.3 非注入直接加热法
• 1.1.2.4 溶剂热和水热法
• 1.1.3 纳米晶的自组装
• 1.2. 本论文的选题思路与主要研究内容
• 1.2.1 机遇与挑战
• 1.2.2 论文的选题思路与主要研究内容
• 2纳米晶的可控合成及其自组装的研究'>第2章 CuInS₂纳米晶的可控合成及其自组装的研究
• 2.1 本章引论
• 2.2 反应线路的设计
• 2.3 实验方法
• 2.4 实验表征结果与讨论
• 2纳米晶形貌的调控机制'>2.5 CuInS₂纳米晶形貌的调控机制
• 2.6 CuInS-2纳米棒的组装
• 2.7 CuInS-2纳米晶的光谱性质
• 2.8 本章小结
• 2ZnSnS₄纳米晶的调控合成'>第3章 六方相 Cu₂ZnSnS₄纳米晶的调控合成
• 3.1 本章引论
• 3.2 反应线路的设计
• 3.3 实验方法
• 3.4 实验结果表征与讨论
• 2ZnSnS₄纳米晶的光谱性质'>3.5 Cu₂ZnSnS₄纳米晶的光谱性质
• 2ZnSnS₄纳米晶的光电性质'>3.6 Cu₂ZnSnS₄纳米晶的光电性质
• 3.7 本章小结
• 2S-ZnS 和 Ag₂S-ZnS 异质结构纳米棒的可控合成'>第4章 Cu₂S-ZnS 和 Ag₂S-ZnS 异质结构纳米棒的可控合成
• 4.1 本章引论
• 4.2 反应线路设计
• 2S 和 Ag₂S 纳米晶引导生长 ZnS 纳米棒的合成方法'>4.3 Cu₂S 和 Ag₂S 纳米晶引导生长 ZnS 纳米棒的合成方法
• 4.4 异质结构硫化物纳米棒的表征
• 4.5 异质结构纳米棒生长过程的分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果