硒化锌及其锰掺杂化合物一维结构纳米晶体的合成、表征及性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuji712
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ZnSe (?)内米材料因其低毒、宽带隙及在纳米尺度显著的量子限域效应被广泛应用于光学、检测及催化等领域。一维半导体纳米晶体可以在最小维度上有效传导载流子,常被用来作为构建纳米光电子器件的重要材料。掺杂半导体纳米材料可以调节主体材料的能带结构,改变载流子运动路径,从而可对晶体的物理性质产生很大的影响。结合以上两种或三种特点的材料正好符合现在应用领域所需要的多功能性和实用性;而简单快捷、环保、经济的合成方法更是走向大规模应用所不可或缺的重要组成部分。本文以低毒、稳定的油酸锌、硒粉和油胺为原料,在较低温度(240℃)下仅需30分钟即可制备出平均直径约2.4纳米、长度约十几纳米的立方相超细硒化锌纳米棒。借助TEM, HRTEM, SAED, XPS,等表征手段对产物的结构和成分进行分析。TEM分析表明该一维结构是通过取向接触生长机制形成的,高温和较高的反应物浓度会促进这种各向异性的生长。由UV-Vis (?)口PL光谱可知,该超细硒化锌纳米棒表现出显著的量子尺寸效应。文中还通过相转移反应将超细硒化锌纳米棒从油相转移至水相,并以光催化甲基橙脱色为探针反应,考察了其光催化性能。光催化反应中引入抗坏血酸为空穴捕捉剂,在氙灯的照射下仅30分钟即使甲基橙完全脱色;催化效果优于同条件下大尺寸硒化锌及二氧化钛(P25)。超细硒化锌纳米棒这种卓越的催化性能可以归结为其结构所致的量子尺寸效应和较高的比表面积。本文在室温下引入全部反应物,通过简单的一锅法反应制备得到了直径约2-4纳米的立方相一维Mn掺杂ZnSeS (?)内米晶体。电子顺磁共振波谱和荧光光谱证实了Mn2+离子在客体晶格中取代型的四面体中心配位环境。并运用UV-Vis和PL光谱对颗粒的形成过程进行原位跟踪,结合能谱分析详细解释了纳米颗粒的生长掺杂机制。对掺杂纳米颗粒进行原位表面包覆,可将产物量子效率从20%提高至35%。另外还解释了十二烷硫醇在此实验中所起到的双功能配体的作用。最后,针对合成Mn掺杂ZnSeS反应中硫醇配体表现的独特作用展开了分析。通过实验证实了硫醇确实能够促进Mn掺杂ZnSeS的生成,并有效的避免ZnO的生成。运用无机化学反应的观点分析了反应物在反应液中与配体产生的作用及可能生成的前驱物构型。并通过密度泛函理论进行模拟分析证实了相比较伯胺来说,硫醇与金属原子形成的结合物能够更稳定的存在。
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