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碳纳米管/硫属半导体复合材料的制备及性能研究

焦志辉  
【摘要】: 本文采用水浴法及水热法合成了不同形貌的碳纳米管/硫化锌(CNTs/ZnS)、碳纳米管/硫化镉(CNTs/CdS)及碳纳米管/硫化铅(CNTs/PbS)复合材料,对三种系列复合材料的光致发光性进行了研究,并系统研究了不同前驱体、pH、表面活性剂及时间对产物形貌的影响。 对于碳纳米管/硫化锌复合材料系列,通过对碳纳米管进行共价表面改性,在其表面接枝了乙二胺四乙酸基团,利用在超声震荡下的水浴法合成了碳纳米管/硫化锌芯壳结构纳米线。ZnS晶粒密布在碳纳米管表面,形成均匀的壳层,在碳纳米管以外区域未发现有ZnS颗粒。该复合材料的光致发光性比相同方法制备的ZnS相比,俘获态发射峰蓝移6nm,能带边缘发射峰蓝移16nm。当对碳纳米管进行非共价化学改性,在加入表面活性剂十二烷基苯璜酸钠或去氧胆酸钠条件下,利用该方法也同样合成了碳纳米管/硫化锌芯壳结构纳米线,但是ZnS除在碳纳米管表面形核并包裹外,还同时生成很多微米球。在加入表面活性剂去氧胆酸钠条件下,利用水热法也合成了碳纳米管/硫化锌芯壳结构纳米线,而在十二烷基苯璜酸钠下则生成很多ZnS纳米球,这些纳米球串在碳纳米管上。当用Zn(NO_3)_2取代Zn(CH_3COO)_2,则ZnS以细小的晶粒沉积在碳纳米管表面,并在不同地方有堆跺。当用硫代硫酸钠或硫脲作为硫源,或以CTAB作为表面活性剂条件下则产物中会生成很多ZnS微米球,没有在碳纳米管表面沉积或者包裹。 对于碳纳米管/硫化镉复合材料系列,利用水浴超声法在表面共价改性的碳纳米管表面包裹了均匀的CdS壳层,生成了碳纳米管/硫化镉纳米线。在十二烷基苯璜酸钠作表面活性剂且溶液的PH=1条件下,利用水浴法合成了碳纳米管/“海星状”硫化镉复合材料,该CdS颗粒尺寸大小约为50nm,表面有很多尖状突起,形状酷似“海星”,密集的沉积在碳纳米管表面。pH是影响CdS形貌的重要因素,其中敏感值在pH=1附近。当pH=1或者低于1时,会生成“海星状”硫化镉;当pH从1升至2甚至更高时,CdS晶粒尺寸显著变小,团聚更加明显,形貌趋于不规则,不再是“海星状”,在碳纳米管表面包裹比例也显著降低。另外SDBS也是影响CdS形貌的重要因素,在控制CdS晶粒尺寸及获得良好分散效果方面起到了重要作用。 对于碳纳米管/硫化铅复合材料,利用水浴超声法在表面共价改性的碳纳米管表面沉积了立方PbS纳米晶,PL谱表明复合材料具有很好的光致发光性,有显著的蓝移。


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