生物小分子輔助法控制合成硫化物微納米材料及其生長機(jī)理研究.pdf

1、本論文旨在探索和研究微尺度(微米～納米)金屬硫化物半導(dǎo)體材料，如PbS、CuS、Ni3S2、NiS、ZnS等，在生物小分子輔助下獲得具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米材料，系統(tǒng)研究結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸和性能之間的關(guān)系，根據(jù)試驗結(jié)果提出了其可能的生長機(jī)理，探討了它們的光學(xué)性質(zhì)，從而獲得一些制備自組裝微納米材料的規(guī)律。我們以PbS、CuS、Ni3S2、NiS、ZnS為例，通過改變反應(yīng)條件，如反應(yīng)物的摩爾比、混合溶劑的體積比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等，有

2、效地控制了產(chǎn)物的形貌。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容包括以下三個部分：
　　 1.豐富和發(fā)展了生物小分子輔助法和溶劑熱合成技術(shù)。在乙醇胺-水混合溶劑體系中，由L-蛋氨酸分子輔助及參與反應(yīng)，控制合成了不同形貌的PbS微米晶體。通過改變反應(yīng)溫度、乙醇胺/水的體積比及反應(yīng)物的摩爾比，有效控制了產(chǎn)物的形貌。研究了魚骨狀結(jié)構(gòu)的PbS枝晶的光學(xué)性質(zhì)(光致發(fā)光光譜)，中心位于423 nm處有一個強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)射峰。同時，根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，我們提

3、出了魚骨狀枝晶的PbS微米晶體的可能的生長機(jī)理是先成核后生長的過程。該工作對于選擇合適的生物小分子(既能做結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，又能做硫源)，實(shí)現(xiàn)Ⅳ-Ⅵ族金屬硫化物半導(dǎo)體微納米材料的形貌控制方面具有一定的指導(dǎo)意義。該研究結(jié)果發(fā)表在The Journal of Physical Chemistry C(2009，113，13002)上。
　　 2.設(shè)計出乙醇-水反應(yīng)體系，在此體系中，合成了由納米顆粒自組裝而成的微米實(shí)心立方塊結(jié)構(gòu)的CuS晶體

4、，據(jù)我們所知，CuS的這種立方塊狀結(jié)構(gòu)非常新穎，還是首次得到。實(shí)驗表明，乙醇/水的體積比，對產(chǎn)物的形貌有很大的影響。研究了實(shí)心立方塊結(jié)構(gòu)的CuS晶體的紫外-可見吸收光譜，在675 nm處有一個寬的吸收峰，與文獻(xiàn)中的結(jié)果相比，有了顯著的紅移，這種不尋?，F(xiàn)象在光學(xué)領(lǐng)域有應(yīng)用的潛力。根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，我們提出了先成核后生長的由納米顆粒構(gòu)成的CuS微米實(shí)心立方塊的可能的形成機(jī)理。
　　 3.我們用L-蛋氨酸這種生物小分子既作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，又

5、作為硫源，在乙醇胺-水的混合溶劑中控制合成了不同物相和形貌的各種硫化鎳微米晶體和硫化鋅微米晶體。系統(tǒng)研究了不同反應(yīng)條件對產(chǎn)物物相和形貌的影響。例如，通過控制原料Ni(Ac)2·7H2O和L-蛋氨酸的摩爾比從1∶2變化到1∶1，我們可以得到Ni3S2(由納米顆粒組裝而成的呈現(xiàn)放射狀的微米球)和NiS(表面有棱的微米管及由小棒組裝成的花狀結(jié)構(gòu))這兩種不同物相和形貌的硫化鎳微米晶體。通過調(diào)節(jié)乙醇胺/水組成的混合溶劑的體積比，我們制備了不同形貌