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ZnCdSe和Nip纳米体系的XAFS研究

宋晋湘  
【摘要】:纳米材料的研究是目前材料科学研究的一个热点,纳米科技被共认为是21世纪最具有前途的科研领域。纳米尺度(1- 100nm)物体的性质由于受到量子效应、尺寸效应、表面效应以及其它一些特殊效应的影响,往往导致纳米物质的电子学、热力学、磁学、光学和化学性质发生了根本性的改变并出现一些新奇的现象。本论文中,以优良光电性能的Cd掺杂ZnSe半导体量子点和具有催化活性的NiP纳米非晶态合金为研究对象,运用时间分辨的同步辐射XAFS观测了Cd掺杂ZnSe量子点的生长过程;利用XAFS结合透射电镜、X射线衍射等实验方法探索了P含量对NiP纳米非晶态合金结构的影响。 本论文主要包括以下内容: 1. Cd掺杂ZnSe量子点生长的原位XAFS研究 利用流动式反应器原理,研制出适用于观测纳米材料液相生长过程的同步辐射时间分辨的原位XAFS实验装置,并运用该装置和快速XAFS技术原位实时地测量了水相合成L-谷胱甘肽包覆的Zn1-xCdxSe量子点的生长过程中Se原子局域结构的变化。通过对Se K边EXAFS数据的分析,证实了ZnSe量子点的生长遵循Ostwald熟化机理,其生长过程分为快速成核过程和之后的缓慢生长过程两步。量子点晶格发生了收缩以减小表面能从而使总自由能最小,随着反应时间的增加,量子点的尺寸增大,Se-Zn键收缩的现象有所缓解。掺入Cd后,ZnSe量子点的晶格发生膨胀,结构无序度增大。研究结果显示了时间分辨XAFS技术在研究液相合成纳米材料的生长过程中的巨大潜力。 2.不同磷含量下NiP纳米非晶态合金的结构 利用X射线吸收精细结构(XAFS)和X射线衍射(XRD)研究了化学还原法制备的不同磷含量的Ni100-xPx合金的原子和电子结构。用苯加氢为探针表征了纳米非晶态合金NiP的催化性能,建立了NiP纳米非晶态合金的磷含量、结构、性能三者之间的关系。结果表明,当x = 10时,磷元素的掺入导致了NiP样品中fcc结构的镍晶格扭曲和膨胀,Ni-Ni第一近邻配位的键长约增加0.03 ?。随着磷含量的增加,膨胀和扭曲加剧,当x达到14左右时,样品的fcc-Ni晶格被完全破坏,从而形成非晶态NiP合金。X射线吸收近边结构(XANES)的结果表明,低磷含量(x≤10)时Ni100-xPx样品的电子结构没有明显的变化,随着磷含量的增加,Ni 4p态的分布变得宽化和越来越弥散。而当x达到26时,有大量电荷从Ni原子转移到P原子。


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