四元及五元硫化物功能纳米材料的设计与性能研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:king20051400
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四元及五元硫化物功能纳米材料是一类具有广泛物理和化学性质的重要多功能性材料,丰富、灵活的组成和结构使其在半导体领域拥有巨大的研究潜力。设计和制备多元硫化物功能纳米材料是材料、物理及化学领域中的研究热点和难点。四元I-III-IV-VI4族尖晶石结构AgInSnS4纳米片和五元I3-II-III-IV-IV6族Cu3NiInSnS6六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构纳米晶半导体由于合成困难而受到有限的关注度。本文基于溶剂热及回流技术,利用简便、普适的技术方案成功制备尖晶石结构AgInSnS4纳米片、六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构Cu3NiInSnS6半导体纳米晶,并系统分析了它们的结构、光电特性等性能。具体研究内容如下:(1)首次以尖晶石结构硫化铟前驱体作为母体材料,通过同晶取代策略,利用简单的回流体系成功合成AgInSnS4纳米片。结构分析显示AgInSnS4纳米片很好地保持了前驱体的立方尖晶石结构。光学吸收结果表明在整个可见光范围内具有很强的吸收特性,直接能隙约为1.54 e V。结合UPS能带结构分析显示制备AgInSnS4纳米片的价带和导带相对于真空能级为-5.52 e V和-3.98 e V,且为P型半导体。光电导测试表明尖晶石结构AgInSnS4旋涂薄膜的光、暗电流比为6.4。光电特性综合研究表明AgInSnS4纳米片的光谱响应范围宽,稳定性好和灵敏度高。出色的光响应性能使其在光电器件方面具有极高的应用价值。(2)基于回流体系,利用热注入法选择合成了六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构Cu3NiInSnS6亚稳相。通过XRD数据对比分析得知正十二硫醇和单质S作为硫源分别是选择合成六方相和立方相Cu3NiInSnS6无序结构的关键,而不同配位剂对结构的影响不大。TEM测试表明不同结构的Cu3NiInSnS6纳米晶形貌均呈高结晶度的圆形,晶粒尺寸大小在约5 nm-10 nm之间。另外,磁学性能测试表明样品可能在低温下均呈现超顺磁性。UV-vis-NIR吸收光谱测试结果表明此纳米晶的光吸收能力随着光波长逐渐减小而增强,尤其是在可见光范围内具有很强的宽带吸收特性,六方相光学带隙约为1.60 e V,立方相的能隙较之稍宽约为1.74 e V。Cu3NiInSnS6纳米晶优异的光学性能使其在光伏器件领域具有一定的应用潜力。
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