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核壳型纳米复合半导体的制备及其形貌控制研究

张福安  
【摘要】:本文旨在通过超声诱导半导体复合的方式,设计具有特殊能带结构的半导体复合体,拓展宽禁带纳米半导体的光波段响应范围,研发具有可见光波段响应的半导体复合光催化剂。 采用声化学控制核壳微观结构(表面形貌、壳层厚度)的方法制备了具有核壳结构的CdS@TiO_2复合纳米半导体,研究了CdS@TiO_2纳米半导体的光催化性能及其光催化机制;开展了核壳体系中PbS纳米晶核的制备技术及其形貌控制的相关研究,探索了在有机溶剂体系下结合表面活性剂来制备具有几何各向异性的PbS纳米晶的方法,讨论了其成核-生长机理及其形貌演变的过程,提出了在具有高对称性晶体结构的体系中制备各向异性纳米晶的主要控制步骤。 用声化学法制备了具有核壳结构CdS@TiO_2半导体复合结构,研究了超声时间、反应温度、表面活性剂、前驱体浓度对核壳结构的影响。提出了最佳的最适宜的工艺参数,确认了超声对于促进核壳结构的生成辅助性作用,通过甲基橙溶液降解前后的吸收光谱对比,验证了纳米复合体优良的可见光催化性能。比较不同热处理温度下的复合体的光催化性能,讨论复合体晶体结构对于性能的影响。 在有机溶剂(苯醚)体系下,通过中高温热解有机前驱体的方法,首次成功制备了具几何各向异性的PbS纳米线、纳米棒、纳米枝、超晶格,以及一些具有高对称性的纳米结构(纳米立方、纳米六角等)。系统研究了前驱体浓度比例、表面活性剂选择、反应温度、有机溶剂等关键因素对于PbS纳米晶形貌控制的影响,认为在PbS晶核初期的{111}、{100}晶面能的对比关系将直接影响不同晶面的生长方向,同时反应温度对形貌的影响也可归结为其对晶面能影响,通过改变油酸(OA)以及正三辛基氧化膦(TOPO)或十二胺的浓度、配比的一系列实验发现,表面活性剂附着于特定晶面(如TOPO特定附着与{111}晶面)将有助于我们理解表面活性剂在控制纳米形貌的过程起的作用。通过改变前驱体的浓度,发现高浓度有利于单分散体系的形成,验证了在成核-生长的动力学过程中,前驱体浓度与成核临界半径以及生长速率密切相关。为了更好的理解这个过程,通过短反应时间(25s)速冷来研究成核初期的形貌,发现具有六个(100)面和8


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