低维度金属硒化物(Bi2Se3、Cu2Se、SnSe、ZnSe)的绿色合成与表征

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半导体金属硒化物表现出的优异的物理化学性能,使其在众多领域都有非常广泛的应用,因此受到了越来越多的科研工作者的关注。随着相关研究的深入与发展,低维度纳米尺寸的金属硒化物,更是表现出了一系列不同于块体材料也有异于单个分子或原子的新性质如量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应以及表面效应等。这些新性质的出现为金属硒化物材料带来了在光、热、电、磁等各方面优异的性质。因此制备高质量低维度的金属硒化物纳米材料,并控制物相的尺寸与形貌对于研究其性质及在各领域的实际应用都有非常重要的意义。在众多合成金属硒化物的制备方法中,水热法不仅能够通过简易路线在较宽泛的条件下合成产物,还能够较好的控制产物的尺寸与形貌。但是大多数水热法合成硒化物时,往往需要添加有毒的还原剂或有机溶剂,这对自然环境与人都有较大的危害。本论文采用环保、绿色无毒的没食子酸(Gallic acid,GA)作为晶体生长的还原剂与生长调控剂,制备出了几种低维度金属硒化物微纳米材料,并通过调控不同的反应参数实现对金属硒化物产物的物相、形貌以及尺寸的控制。本论文主要研究内容与创新点如下:1.采用水热法,首次利用没食子酸作为反应过程中的还原剂与形貌控制剂可控制备出二维片状、超薄片状以及一维棒状Bi2Se3。考察了不同水热温度、保温时间、没食子酸加入量、NaOH加入量以及两种表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和曲拉通X-100对产物的物相以及形貌的影响。提出了片状纳米结构的初步形成机制。2.首次利用没食子酸在水热条件下可控合成出纳米颗粒状Cu2Se晶体。实验表明没食子酸在合成Cu2Se的过程中起到了还原剂的作用,将Cu~2+还原为Cu~1+。另外考察不同合成条件(pH、反应温度、没食子酸引入量、乙二胺四乙酸剂量)对产物物相以及形貌的影响。在n(Cu):n(Se)=2:1、引入0.75 g乙二胺四乙酸、水热温度为150℃、保温24 h可合成出纯度较高分散性较好的立方相Cu2Se。3.利用没食子酸较优异的形貌调控作用,水热可控制备出高结晶度的片状SnSe和微球状ZnSe化合物。研究了没食子酸添加量、NaOH加入量和水热时间对SnSe形貌的影响,结果显示没食子酸及其加入量是调控晶体生长与形态的关键因素,当引入0.0075或0.01 mol没食子酸时,SnSe由小块状堆积而成的类球形结构转变为二维片状结构。还分别考察了没食子酸引入量、水热温度、保温时间对ZnSe物相以及形貌的影响,结果表明在水热温度为170℃时保温24 h,引入0.01 mol GA可获得微米级球状ZnSe。光催化实验发现,在紫外光光照射下,微球状ZnSe对RhB染料具有突出的光降解能力,在120分钟对RhB的降解率几乎达到100%。
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