三甘醇溶液化学法Cu2-xSe纳米晶的合成研究

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I–VI族的化合物Cu2-xSe是一种P型半导体材料,具有直接带隙1.4eV,间接带隙2.3eV,并且随x值变化可调。由于其对可见光有很好的吸收,具有高的吸收系数,理论光电转换效率20%,因此在光电转换、超离子导体、热电、传感和激光等领域有广泛的应用背景。本文采用热注入法,在常温常压下以三乙二醇为溶剂,以氯化铜和硒粉作为铜源和硒源,水合肼和乙二胺作为还原剂,聚乙烯吡咯烷作为分散剂,研究Cu2-xSe纳米片晶的制备。通过XRD、SEM、EDS、TEM、UV-Vis等测试手段对产物的晶体结构、化学计量比、分散性和光学吸收等性能进行了表征,考查了反应回流时间、注入温度、添加剂量、铜硒的化学计量比、还原剂等对合成Cu2-xSe纳米片晶的晶型、形貌以及光学性能的影响。结果表明,在三乙二醇溶剂中,当Cu/Se比为2:1,加入0.1gPVP,以水合肼为还原剂在230下注入210回流反应20min可以得到晶粒细小的纳米片晶;当Cu/Se比为2:1,加入0.1gPVP,以乙二胺为还原剂在230下注入210回流反应20min可以得到大尺寸的片晶。在反应过程考查中发现,在反应初期会发生相变,当回流时间的增加到20min以上,反应产物的相组成和形貌没有明显变化;在高的注入反应温度下,可以得到形貌均匀组成单一的产物。注入反应温度越高,产物的粒径越小,均匀性就越好;PVP的添加量可以控制产物的大小及形貌,添加量越多产物的均匀性就越好,但考虑到产物的纯度,其添加不应过多;反应物的比例对产物的结晶相会有影响;水合肼还原下得到的是粒径25nm的六角形纳米片,乙二胺还原下得到的是粒径600nm的六角形片晶,还原剂的种类和加入量对产物形貌有明显的影响。
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