Ⅱ-Ⅵ族納米結構半導體的X射線吸收譜學研究.pdf

1、本論文主要利用同步輻射X射線吸收精細結構(XAFS)，結合透射電鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)等實驗方法研究三種納米體系：(1)具有可控光電性能的Ⅱ-Ⅵ族CdSe半導體納米晶：(2)具有室溫鐵磁性的過渡金屬Co摻雜ZnO納米晶；(3)具有電化學儲氫性能的一維Se納米管。在微觀局域結構的基礎上分別探討了CdSe納米晶的生長機理、Co摻雜ZnO納米晶的結構特點和磁學性能以及Se納米管的形成機理，從而為高性能半導體納米晶發(fā)光材料、稀磁半導

2、體納米材料和電化學儲氫納米材料的可控制備提供理論的研究基礎。 1.CdSe納米晶熟化過程的結構演變研究利用XAFS、XRD和高分辨透射電鏡(HR-TEM)等方法研究CdSe半導體納米晶熟化生長過程中的結構演化。利用尺寸選擇分離的方法制備尺寸分別為1.9、2.7和3.1 nm，且尺寸分布較窄(<10％)的納米晶。XAFS結果表明，隨著CdSe顆粒尺寸從1.9 nm增加到2.7和3.1 nm，其Se-Cd第一近鄰配位的結構無序度σ<

3、,S><'2>從0.0005 A<'2>增加到0.0012和0.0034 A<'2>。1.9 nm的CdSe顆粒具有很小的σ<,S><'2>表明生長到該階段的時候其結晶程度很好，內(nèi)部缺陷很少。σ<,S><'2>隨著顆粒尺寸的增加而增加，這一反常變化是由于其內(nèi)部結構缺陷的增加導致的。顆粒的內(nèi)部缺陷隨著熟化生長過程的進行而不斷累積，從而導致大顆粒的CdSe納米晶的結構無序度迅速增加。 2. Co摻雜ZnO納米晶的結構和磁性研究利用H

4、R-TEM、XRD、XAFS和SQUID等方法研究了具有明顯室溫鐵磁性的Zn<,1-x>Co<,x>O納米晶的結構和磁性。盡管XRD和HR-TEM都沒有探測到樣品中含有雜相或包覆在ZnO晶格中的顆粒，但XAFS結果清晰的表明樣品中同時存在金屬Co相和摻雜進ZnO晶格中的Co離子相：在Zn<,0.98>Co<,0.02>O和Zn<,0.95>Co<,0.05>O中僅有64％和63％的Co摻雜進入ZnO晶格；而其他部分形成了平均尺寸小于10

5、 nm的金屬Co納米顆粒。樣品的鐵磁性并不是來源于摻雜相，而是來源于沉淀的金屬Co納米顆粒。樣品的矯頑力隨著Co含量的增加而降低，表明其鐵磁性來源不同于純金屬相Co單疇顆粒，而可能是來源于Co納米顆粒與表面包覆層的相互作用。 3.Se納米管的形成機理研究利用XAFS結合TEM等方法研究了可見光輻照輔助液相法制備的Se納米管的形成機理。結果表明，Se納米管的形成過程包含了三個典型階段：(1)化學還原Se<'4+>為Se<'0>，并