锡硫化物功能纳米结构的结构和光学性质

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金属硫族化合物,尤其是过渡金属硫化物半导体纳米粒子,因其在非线性光学、电子学、发光、催化、能量存储和转换等领域具有重要应用前景得到广泛研究。硫化锡,因其具有多种二元化和物,如:SnS,SnS2,Sn2S3,Sn3S4,Sn4S5等和丰富的物理性能而吸引了广泛得研究兴趣。在这些丰富多样的锡二元硫化物中,硫化亚锡(SnS)和二硫化锡(SnS2)由于其有趣的性能和潜在的应用而备受关注。本文首先通过对硫化锡纳米结构生长机理和水热方法的探索以及水热实验条件的控制,成功合成了系列新型SnS和SnS2一维、二维和三维纳米结构及其复合结构,如:纳米棒、纳米花、纳米片、十字状等纳米结构。其次,通过场发射扫描电子显微术(FESEM)、透射电子显微术(TEM)和高分辨透射电子显微术(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、能量色散x射线谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)以及拉曼光谱(RS)等谱术对制备的新型纳米结构的形貌、成分以及物理化学结构进行了系统分析。论文首先,利用无模板水热方法成功合成了 SnS纳米结构,场发射扫描电镜以及高分辨透射电子显微镜结果表明生长的纳米结构为直径大约为400纳米,长度在微米量级的一维纳米棒。x射线衍射和选区电子衍射结果揭示所制备的SnS纳米棒具有单晶性质。观察到的三个拉曼散射模式:Ag= 190 cm-1,B2g = 160.2 cm-1,B3U=213.6 cm-1。氢吸收研究结果显示直到373K吸收能力达到0.82 wt%.在化学计量比为1:4的SnCl2·2H20和Na2S.9H20条件下,通过控制水热生长条件,成功合成了分离的形貌均匀的SnS纳米棒,场发射扫描电镜以及高分辨透射电子显微镜结果表明生长的纳米结构为直径大约为413nm,长度为2.37微米的一维纳米棒。元素成分由EDS测量。观察到的三个拉曼散射模式:83.3 cm-1,163.1 cm-1,220 cm-1与正交晶型硫锡矿一致。光致发光性能研究结果揭示硫化亚锡纳米棒在478nm显示一个很强的发光峰,有LED应用前景。为了获得高性能锂硫电极性能,通过控制水热生长条件,使用SnCl4.5H20,Na2S.9H2O和疏基乙酸作为前驱物,成功合成SnS2多级自组装新型纳米花结构。场发射扫描电镜结果表明生长的纳米结构尺度大约为4-7微米。X射线衍射结果揭示六方相的晶粒尺寸为22nm。观察到的一个拉曼散射模式:Alg=314 cm-1与六方相硫化锡一致。通过恒流充放电和循环性能研究了其作为锂硫电池电极材料的电化学性能,结果表明,这种材料是锂硫电池非常有前景的电极材料。
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