金屬硫化物及鐵、錳氧化物納米結(jié)構(gòu)的水熱合成與表征.pdf

1、金屬硫化物、氧化物都是重要的且具有廣泛應(yīng)用背景的材料.金屬硫化物納米材料是一類重要的半導(dǎo)體材料.比如硫化鋅是重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料(Eg=3.72 eV),廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、顏料、光致發(fā)光、太陽能電池、紅外探測器、氣敏感傳感器等領(lǐng)域.硫化錳也是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料,可以用作太陽能電池的緩沖層,摻入少量的其它離子比如Cd或者Zn時,顯示了良好的磁性能.金屬氧化物納米材料不但擁有體相材料時的壓電、化學(xué)傳感、光感應(yīng)等優(yōu)異的性能,而且由于幾何和

2、尺寸效應(yīng)表現(xiàn)出許多特有的屬性,是一類名副其實(shí)的多功能材料,在透明電子元件、壓電換能器、發(fā)光二極管等方面有著廣泛地潛在應(yīng)用.盡管當(dāng)前金屬硫化物、氧化物的制備已取得了較大的發(fā)展,但其形貌的控制合成仍沒有很好的解決.因此,大量、低成本和有效地合成與組裝各種形貌的金屬硫化物、氧化物納米材料無論從基礎(chǔ)研究,還是從性能和應(yīng)用的角度來看,都有著特殊重要的意義. 本文采用簡單的水熱法在有機(jī)物分子或表面活性劑的輔助下制備出多種不同形貌的金屬硫化物、

3、氧化物納米材料,包括樹枝狀、球狀、立方狀、空心立方狀及花狀的PbS,還有球狀的ZnS、SnS、CdS,紡錘形的伐α-Fe<,2>O<,3>、分枝狀的γ-MnOOH等,并考察了反應(yīng)時間、溫度、反應(yīng)物濃度及表面活性劑的種類等對生成產(chǎn)物形貌的影響.最后,對各種形貌產(chǎn)物的形成機(jī)制進(jìn)行了初探. 以醋酸鉛為鉛源、硫代乙酰胺(TAA)為硫源,在十二烷基磺酸鈉(SDS)的輔助下80℃下低溫水熱反應(yīng)制備出了樹枝狀的PbS,觀察發(fā)現(xiàn)制備的樹枝狀PbS

4、由納米顆粒粘連而成.反應(yīng)物中再加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB),由于其形成微膠束的限制作用,反應(yīng)產(chǎn)物不再是顆粒粘連的樹枝狀納米結(jié)構(gòu),而是顆粒粘連的球狀PbS.反應(yīng)溫度提高到120℃時生成產(chǎn)物為空心立方狀PbS.反應(yīng)溫度繼續(xù)提高到160℃時生成產(chǎn)物為實(shí)心立方狀PbS.在120℃下反應(yīng)時,將硫源替換為硫脲,反應(yīng)產(chǎn)物也隨之變化為PbS納米棒.此外,將表面活性劑檸檬酸或CTAB替換SDS,可合成花狀的PbS. 根據(jù)上述球狀P

5、bS的合成原理,將其推廣到其它硫化物,成功的制備出球狀 ZnS、SnS、CdS等硫化物.這說明低溫反應(yīng)時表面活性劑CTAB所形成的微膠束在球狀產(chǎn)物的合成上起到了主要的軟模板限制作用,而合成產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)影響不大.提高反應(yīng)溫度,特別是到160℃時,球狀ZnS產(chǎn)物已不能形成,而是生成三角的ZnS顆粒,SnS產(chǎn)物中也主要是片狀的SnS,CdS產(chǎn)物雖然還有顆粒粘連成球的趨勢,但是外觀已不再是球形.這說明高溫下合成產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)對產(chǎn)物的形貌起主要

6、作用,CTAB所形成的微膠束的軟模板限制作用相對較弱. 以乙二醇(EG)作為輔助劑,NH<,4>Cl作為礦化劑水熱制備出了紡錘形的α-Fe<,2>O<,3>納米顆粒,其長軸與短軸之比約為2:1.在考察反應(yīng)物濃度對產(chǎn)物形貌影響時發(fā)現(xiàn),Fe<'3+>起始反應(yīng)濃度對α-Fe<,2>O<,3>納米顆粒的形貌影響很大.隨著Fe<'3+>起始反應(yīng)濃度的增加,紡錘形的α-Fe<,2>O<,3>的短軸越來越長,α-Fe<,2>O<,3>納米顆粒的

7、形貌從紡錘形向球形過渡.采用磁強(qiáng)樣品振動器(VSM)對長、短軸比不一的α-Fe<,2>O<,3>納米顆粒的磁性能進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)不同軸比的α-Fe<,2>O<,3>納米顆粒表現(xiàn)出兩種磁性:順磁性和反磁性. 利用即具有長鏈結(jié)構(gòu),又具有還原性的聚乙二醇(PEG)與高錳酸鉀在120℃下低溫水熱反應(yīng),合成了多枝狀的γ-MnOOH.合成時通過控制PEG的量或者加入一定量的表面活性劑CTAB作為反應(yīng)物,反應(yīng)產(chǎn)物只生成γ-MnOOH納米線,從而