铜基二元、三元硒、碲化合物纳米晶体的液相控制制备及其性能研究

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近年来,铜基二元、三元硫属化合物,由于具有独特的物理和化学性质而广泛应用于太阳能电池、热电转换和生物医学等领域。此外,半导体-金属异质纳米结构作为新型的功能材料因其异质界面的存在展现出一些新的性质而引起了广泛关注。众所周知,材料自身的组成、结构、形貌和尺寸对其性能有着重要的影响作用。因此,发展新的合成方法探索其生长机理,得到特定的目标产物对于提升材料性能和应用有着重要的意义。本论文旨在通过溶剂热注入法控制合成铜基二元、三元硫属化合物纳米材料并探索了其生长机理和性质,取得的具体研究成果归纳如下:1.首次通过溶剂热注入法以二苯基二硒醚和无水氯化亚铜为反应前驱体、十八烯和油胺分别为溶剂和表面活性剂得到了尺寸均一、单分散的八面体Cu2-xSe纳米晶体。X-射线衍射、电镜和组分分析证实八面体的Cu2-xSe纳米晶体为立方相。研究探讨了反应温度、反应时间以及表面活性剂对Cu2-xSe纳米晶体的影响并提出了相应的生长机理。此外,Ⅰ-Ⅴ测试表明八面体Cu2-xSe纳米晶体在光探测领域具有潜在的应用前景。2.发展了三元CuFeSe2纳米晶体的液相合成方法。首次通过溶剂热注入法以乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铁和二苯基二硒醚为前驱源在油胺和油酸介质中成功制备出高质量、形貌尺寸均一、单分散的准立方体CuFeSe2纳米颗粒。X-射线衍射、电镜和组分分析表明CuFeSe2纳米颗粒为四方晶相且平均粒径大小~18 m。研究发现通过调控实验参数能够实现产物CuFeSe2纳米晶体的形貌由准立方体转变为球形。光学和光电性能研究表明实验合成的CuFeSe2纳米晶体在可见-近红外光区域均有吸收,可以作为一种良好的吸光材料使其在光电转换领域具有潜在的应用前景。磁学性质研究表明CuFeSe2纳米晶体在4K和300K分别具有铁磁性和顺磁性。3.第一次通过温和的种子介导方法合成了Cu2SnSe3-Au异质纳米结构。光学研究发现Cu2SnSe3-Au异质纳米结构在可见-近红外光范围具有较强的吸收,进而增强了Cu2SnSe3-Au异质纳米结构的光电探测和光催化性能。为了探明该过程中的机理,我们首先研究了Cu2SnSe3和Au之间的能带结构。基于能带理论的有效电子-空穴分离的机理解释了Cu2SnSe3-Au异质纳米结构比Cu2SnSe3在光电和光降解方面具有更好性能的原因。此外,该异质纳米结构的合成方法为其它半导体-金属异质纳米结构的控制制备提供了有益的借鉴。4.首次利用液相合成方法控制制备得到立方相Cu2SnTe3纳米晶体。运用溶剂热注入法,以二氧化碲,乙酰丙酮铜和四苯基锡为前驱源在油胺和正十二硫醇溶液中合成了高质量、形貌尺寸均一的单分散Cu2SnTe3纳米晶体。该研究的重要性在于该方法有效避免了价格高昂、危险和空气敏感的有机膦(例如三辛基膦或者三丁基膦)试剂的使用,该研究为其它碲化物纳米结构的控制制备开创了新途径。该三元Cu2SnTe3纳米晶体在可见-近红外光范围有较强的吸收,且其带隙能约为1.18 eV。光电测试表明,基于Cu2SnTe3纳米晶体组装的光探测器具有优异的探测性能和稳定性能。
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