基于氧族化合物纳米复合结构的构筑、机理及性能研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengxianwei1986
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纳米科学和纳米技术以其独特的吸引力吸引了广大化学、材料、物理、生物等领域的科学工作者的极度关注,掀起了一股研究热潮。在纳米材料的制备方面,科学工作者已能够很好地控制制备几乎囊括元素周期表固态单质和化合物的各种维度纳米材料。所制备的纳米材料的单分散性和产率也越来越高。在此基础上,研究者已开始将研究兴趣转移到纳米复合体系,甚至更高级的复杂的纳米系统。纳米复合体系一方面在微纳尺度上组合了两种甚至多种组分的纳米单元,实现了来源于多种组分的各种性能的综合。另一方面,不同组分间的相互组合会在纳米尺度的界面上产生一些非预期的物理、化学效应、甚至新奇的性能,这无疑会为物理、化学、材料等学科的发展带来新的挈机。基于此,本论文旨在在液相胶体体系里构筑氧族化合物基纳米复合结构,发展制备硫化物、氧化物基复合结构的新方法,探索其形成机理,考察复合结构的相关性能。论文主要内容包括以下几个方面:1.建立了一锅反应途径,成功合成了Ag2S-ZnS异质结,率先实现了半导体纳米晶Ag2S催化辅助生长纳米线,揭示了Ag2S的催化作用机理,突破了SLS途径只能用低熔点金属纳米粒子为催化剂的限制,详细考察了异质界面间的晶格外延关系。该方法的特点是采用合适的前驱体将Ag2S纳米晶和ZnS的生成时间自动分开,保证在Ag2S生成以后,ZnS的前驱体再分解,其优点是(1)避免了催化剂的分离,提纯步骤。(2)确保ZnS纳米线长在Ag2S纳米晶上,形成异质结,ZnS纳米线的长度、直径可方便地通过反应参数来调控。利用类似方法,合成了C0掺杂的Ag2S-ZnS半导体纳米线并系统研究了其磁行为。研究结果表明:钴掺杂半导体纳米线显示了增强的饱和磁化强度,在2.0 K时高达1.7emu/g,矫顽力达250 Oe。2.通过调节反应动力学,将Ag2S-ZnS异质结的合成拓展到Ag2S-CdS体系。发现CdS沿(110)晶面的方向生长,CdS段的长度可通过其前驱体的量精细调控。利用序列添加不同的前驱体,成功制备了鲜见报道的三组分异质结Ag2S-CdS-ZnS,揭示了催化生长的机理。研究了异质界面的晶格匹配关系。此外,我们还实现了Ag2S-CdS异质结在石墨烯表面上的组装。3.建立了新颖的源催化剂“内延”生长方法,可控制备了Ag2S-AgInS2异质结纳米晶。其中,Ag2S纳米晶不仅提供了反应空间,而且也导向了三元半导体AgInS2纳米晶的生长方向。作为AgInS2生成的源之一,将其生长限制在Ag2S晶体内,有效地避免了自成核现象。所得异质结构的形貌可通过Ag2S纳米晶的形貌、前驱体浓度、反应温度来调控。前驱体的浓度决定了AgInS2在Ag2S纳米晶上的生长位置。得到了多种形状的Ag2S-AgInS2异质结。4.采用合适的化学前驱体在常用的p-型硅基底表面上构筑了垂直于硅片的ZnO和Co-掺杂ZnO介晶纳米墙阵列。所得的n-Zn1-xCoxO介晶纳米墙/p-Si异质结显示了很好的整流性能,其开启电压随Co离子掺杂浓度的增加而降低。n-Zn1-xCoxO介晶纳米墙/p-Si异质结的构建为设计制备低成本,高性能的光电器件提供了可能。5.发展了一个简单有效的基于静电相互作用的组装方法在溶液中构建了柔韧性纳米复合颗粒膜。单分散的Fe304纳米粒子可在溶液中组装到石墨烯两表面,其密度可控。制得的二维复合物颗粒膜在室温显示了超顺磁行为和优异的结构稳定性能,能经受住超声振荡,溶剂热处理,可在溶液相里自由漂浮并可卷成管状。复合颗粒膜可方便地通过外磁场操纵。与纯相Fe304纳米粒子相比,复合结构显示了较高的介电常数,是一种介电损耗型的吸波剂。复合物较大的表面积,高的磁矩及其超顺磁行为使得其在生物医药等领域有广泛的应用价值。6.通过一个绿色的组装途径,成功制备了Fe304纳米粒子包裹的Ag纳米结构。在该结构中,Fe304纳米粒子在Ag纳米结构表面形成一致密壳层。Ag/Fe3O4复合物纳米结构显示了超顺磁行为。由于强的界面相互作用,导致TB发生位移。利用外磁场可以实现Ag/Fe3O4复合纳米结构的有序排列。复合纳米结构显示了增强的抗菌性能。这些亲水性的Ag/Fe3O4复合纳米结构在生物,医药,催化等领域具有潜在的应用价值。
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