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Ⅱ-Ⅵ族硫化物半导体在光学、电学、光电转换、光催化等领域显示了优良的物理化学特性和广阔的应用前景,其微观尺寸和形态对其性能有着重要影响。纳米级或具有微纳结构的Ⅱ-Ⅵ族硫化物半导体已引起材料和化学研究者的广泛关注。随着研究的不断深入,研究者已经从对单一组分物质的制备研究、性能考察,拓展到对多组分复合体系的探索。微纳复合结构不仅集合了各单一组分的功能和性质,而且各组分间的协同作用可望为复合体系引入新的性能。本研究以CdS,ZnS基复合纳米结构作为研究对象,设计溶液相化学途径,成功制备了三元立方体状Ag-Ag2S-CdS复合纳米晶、二元火柴棒状Ag2S-CdS复合纳米晶和球形碳包覆硫化锌纳米簇。此外,还优选小分子胺调制剂,探究了单分散硫化镉纳米晶的生长。用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、X-射线光电子能谱(XPS)等手段对所得样品进行了系统表征;深入研究和分析了复合结构的生长机理。在此基础上,考察了所得CdS,ZnS基微纳结构在光热转换、化学吸附和光电化学分解水方面的可能应用。具体如下: 1.优选分子前驱体,设计了单罐单步途径,成功合成了立方体状三元复合纳米晶Ag-Ag2S-CdS。所得Ag-Ag2S-CdS复合纳米晶具有较好的单分散性,在基底上能自组装成有序结构。研究发现,Ag-Ag2S-CdS复合纳米晶的生长过程是反应“自调控”的。在无任何干预的情况下,依次生成Ag2S、Ag、CdS,其中,Ag的生成源自于先前生成的Ag2S的部分还原,超离子导体Ag2S催化诱导CdS组分在其表面生长。所得三元复合纳米晶具有近红外发光和光热转换特性。重要的是,相较纯相组分,三元复合纳米晶显示了增强的光热转换效率,该增强效应可能与复合纳米晶中的异质界面有关。该单罐单步途径制备三元复合纳米晶不仅可促进多组分复合微纳体系合成方法学的发展,而且该研究为高性能光热转换剂的发展提供了思路——引入异质界面。 2.发展微波辅助方法合成了Ag2S-CdS复合纳米晶。研究发现,Ag2S纳米晶能在微波辐射条件下诱导CdS在其表面生长。在此过程中,Ag2S纳米晶形状发生改变,从圆球形变为球冠状。Ag2S-CdS复合纳米晶的形成可能遵循一“类液-固-固”的催化生长机制。在此基础上,我们初步考察了Ag2S-CdS复合纳米晶的紫外-可见吸收和光致发光性能。该微波辅助途径合成复合纳米晶的最大优点在于很大程度上缩短了制备过程所需时间,该途径制备复合纳米晶可以拓展到其他组分体系。 3.发展葡萄糖碳化途径合成了单分散碳包覆硫化锌复合纳米结构。在该复合结构中,硫化锌呈簇状球形,由3-5 nm颗粒组成。葡萄糖的用量决定了复合结构的碳层厚度。研究表明,碳包覆硫化锌和纯相硫化锌纳米簇有类似的光致发光性能。我们进一步考察了复合结构的光热转换性能和对染料分子(罗丹明B)的吸附性能。发现5nm厚碳层包裹的复合结构有着较优的光热转换效率。由于外围碳层的存在,复合结构显示了对罗丹明B的高效吸附,吸附容量达36.8 mg/g。这表明所得复合结构在光热剂、吸附剂等相关领域有潜在的应用。 4.以小分子胺为调制剂,硫粉为硫源,探究了亲水态硫化镉的生长。所得硫化镉样品形态均一,单分散性良好。当硫粉用量较高时,形成CdS纳米棒;中等硫粉用量促使形成CdS纳米粒子;较低的硫粉用量则促使形成有机-无机杂化物。纳米棒的长度可以通过硫的用量调节。在硫化镉的生长过程中,小分子胺对单质硫起到活化作用,有效调节了硫化镉的成核和生长,促使形成单分散性样品。研究发现硫化镉纳米棒表现出比硫化镉纳米粒子更宽的光吸收。在用波长大于200nm的光照射时,硫化镉纳米棒基光电极在-0.2 V(vs.Ag/AgCl)时的光电流密度是硫化镉纳米颗粒的25倍。