一維納米材料的設(shè)計合成及其在光探測器和超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、從二十世紀(jì)九十年代早期碳納米管的發(fā)現(xiàn)開始，由于它們迷人的物理性質(zhì)及潛在的技術(shù)應(yīng)用，研究者們對一維納米材料研究的興趣與日俱增?；谒鼈儶毺氐膸缀翁卣鳎痪S納米材料將在下一代電子器件、光電器件、化學(xué)或生物傳感器、能量收集、存儲和轉(zhuǎn)換器件的構(gòu)建中發(fā)揮重要的作用。在上述這些器件中，因為光探測器和超級電容器成像技術(shù)、光通訊、下一代存儲器、光電電路中的二進制開關(guān)和電源，起著至關(guān)重要的作用。由于設(shè)計和合成一維納米材料的尺寸和形貌是其應(yīng)用于光探測器和超

2、級電容器的基礎(chǔ)，然而目前在獲得合適形貌、尺寸的一維納米材料，實現(xiàn)對其物性的有效調(diào)控仍然缺乏有效的手段。另外，采用簡單、經(jīng)濟的方法，對設(shè)計和合成一維納米材料也具有重要的研究意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用溶劑熱合成法在180℃反應(yīng)24 h設(shè)計合成了直徑為4μm Bi2S3微米花，該微米花由直徑12 nm左右、長度1μm左右的納米線組裝而成。在此過程中，我們研究了表面活性劑、反應(yīng)時間和氯離子（Cl-）對產(chǎn)物形貌的影響，首次發(fā)現(xiàn)氯

3、離子（Cl-）能夠調(diào)控Bi2S3的形貌能。最后，還研究了以Bi2S3微米花為基體的光電導(dǎo)可見光探測器。測試表明該器件在模擬太陽光下的光電流為暗電流的2個數(shù)量級，其響應(yīng)時間和衰減時間分別為142 ms和151ms。⑵提出了一種新的混合溶劑熱合成法制備了直徑為4μm Bi2S3微米花，該微米花由直徑為150 nm，長度為2μm的納米柱組裝而成。在此過程中，我們研究了反應(yīng)時間、溶劑比對產(chǎn)物形貌的影響。我們還利用所合成的Bi2S3微米花和ITO

4、電極通過簡單滴涂的方法制備了一種簡單光電導(dǎo)結(jié)構(gòu)的可見光探測器，測試表明該器件在模擬太陽光下的光電流為暗電流50倍，其響應(yīng)時間和衰減時間分別為227 ms和880ms。⑶發(fā)展了一種快速、溫和的水熱合成法，利用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH，在130℃反應(yīng)9 h制備了Bi2S3納米桿，其直徑和長度分別為50nm和1μm，該制備方法具有成本低、效率高的特點，適用于 Bi2S3晶體的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。通過改變體系中鉍硫比和氨水濃度控制Bi2S3的形貌和尺寸

5、大小。最后，基于所制備的Bi2S3納米桿，以金叉指電極組裝了 Bi2S3可見光探測器。測試表明，該器件具有顯著的光電響應(yīng)性能。其光電流和暗電流的比值高達195，響應(yīng)時間和衰減時間分別為371.66ms和386ms。⑷設(shè)計并成功地制備了NaV6O15納米桿，即先利用水熱法制備NaV6O15納米帶，該納米片的寬度在50到100nm之間，長度可達數(shù)微米，優(yōu)化了體系中的NO3-離子濃度。我們還研究了退火對NaV6O15納米材料的影響，通過改變退

6、火溫度可調(diào)控最終產(chǎn)物的形貌和尺寸，獲得了優(yōu)化的退火溫度，在該溫度下得到了NaV6O15納米桿，其長度和直徑分別為500nm和100nm。最后，我們研究了退火前后NaV6O15的電化學(xué)性能差異，發(fā)現(xiàn)退火明顯改善了NaV6O15電化學(xué)性能，原因是退火將非晶態(tài)NaV6O15轉(zhuǎn)變成了晶態(tài)的NaV6O15。退火后的NaV6O15在電流密度為0.3A/g時的比電容為402.8F/g，1000次循環(huán)后的電容保持率為80％。⑸利用一種兩步合成法成功制備

7、了NiO@MnO2納米片陣列核殼結(jié)構(gòu)，即先在熱的鹽酸溶液中制備NiO納米片陣列，該納米片的厚度僅為10nm；再利用水熱法在NiO納米片陣列上沉積一層MnO2，最終得到了NiO@MnO2納米片陣列核殼結(jié)構(gòu)并研究了其電化學(xué)性能，在電流密度為3 mA/cm2時的面電容1.04F/cm2，同時該核殼結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能（5000次循環(huán)后的電容保持率92.3%）。最后，將該核殼結(jié)構(gòu)直接用作正極、涂敷在泡沫鎳上的活性炭用作負(fù)極組裝了非對稱超級