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《华中科技大学》 2013年
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半导体Sn、Sb基硫属化合物的制备及其性能研究

晁军峰  
【摘要】:本论文采用温和简单的方法高效合成了若干种半导体纳米材料,将其制成了光电探测器、气敏传感器等相关器件,对其各项性能进行了较完善的测试研究,制成的相关器件在部分性能上取得了一定的突破,加深了对光电子器件机理和气敏机理的认识,同时开发出了若干种具有可见光响应的新型高效催化剂。论文的主要内容如下: 1、采用温和的多元醇回流方法,我们在常压下快速大量合成了多孔SnS和SnS2纳米材料,并对其形貌、成分以及电子结构进行了分析和计算。制备了一种新型的基于光电化学电池的可见光光电探测器,并对其性质进行了基本的测试,显示了这两种多孔材料制成的器件对可见光有极强的光敏感性,对于SnS制成的光电探测器其响应时间和恢复时间可以达到0.5秒,光响应开关比可以达到1.4×103,这个结果相对于其他SnS光电探测器的报道高了接近三个数量级。光催化性质测试显示利用微量材料进行吸附和光降解的可行性,我们把重点放在选用尽量少的材料达到最高的光催化效果上,实现了微量材料短时间内成功吸附和降解染料的目的。 2、在对多孔SnS和SnS2材料进行原位氧化煅烧的基础上,我们制备得到了两种多孔SnO_2纳米花样品,并对其进行了表征,确定了这两种物质的形貌、结晶度和带隙等基本特征。选用这两种SnO_2样品制成气体传感器,进行了对乙醇、甲醇、丙酮和甲醛的灵敏度测试,发现在最佳温度270oC时由SnS前驱体得到的SnO_2多孔材料的乙醇灵敏度为43.23,具有极高的灵敏度和极快的响应和恢复时间,同时对其他几种气体也有一定的响应和达到0.5ppm的探测精度。为了更进一步的提高这种气敏传感器的灵敏度,我们对这种多孔材料进行担载Pt的修饰,担载后其最佳测量温度降低到120oC,且其对乙醇气体的灵敏度达到了103.85,得到了2.4倍的提升,不仅如此,我们还发现其在90oC灵敏度就可以达到40.64,接近担载重金属前的水平。最后我们还对另一种多孔SnO_2气体传感器的性质也进行了测试,表明同样具有很好的气体灵敏度。总之,我们的测试结果表明了这种由前驱体煅烧得到的多孔SnO_2材料制成的传感器对于多种挥发性的有机气体尤其是乙醇气体有较高的灵敏度,担载重金属Pt后其灵敏度可以得到极大的提高,并且最佳工作温度可以有效的降低,这样就为SnO_2气敏传感器的低温实用化发展提供了一个新的思路。 3、一维纳米结构材料便于电子传输,有利于电子-空穴对的转移,近年来被科研人员广泛关注,我们利用简单的回流方法制备得到了一维SnS纳米带,并测量了其光电性质,测试结果发现其光电化学性质比我们前面测得的SnS多孔结构的光电流密度更大,是几乎所有关于SnS材料光电化学性质里面报道的最高结果之一,如果用作一种新型的光电探测器其开关比可以达到336,响应时间和恢复时间为0.1秒。将该种材料涂覆在PET上制成的柔性光电探测器具有很高的柔韧性,对不同强度的可见光都有极快的反应能力,开关比可以达到22,响应时间为5.4秒,恢复时间为1.8秒。光催化效果显示该种带状形貌材料对亚甲基蓝有很强的敏感性,可以在2个小时内把染料吸附和光降解完毕,是一种高效的光催化剂材料。 4、发展制备了针状和花状的Sb_2S_3样品,并在刚性FTO和柔性PET两种基底上制备成功了光电探测器,花状形貌样品制成的两种光电探测器都表现出了比较优异的性能。在FTO片上制备的花状形貌的光电探测器具有较高的光电响应特性,其响应时间和恢复时间分别达到6毫秒和10毫秒,开关比可以达到38,材料和电极的接触面具有良好的欧姆接触,具有较低的线性动态范围和波长的选择性响应。将材料均匀涂覆在PET上制成的柔性光电探测器,其开关比为5,响应时间和恢复时间分别为0.09秒和0.27秒,而且这种柔性探测器具有很高的柔韧度,良好的稳定性和快速的光响应能力。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB383.1

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