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半导体纳米晶的控制合成和应用一直是纳米化学中的热点问题。在本论文中,我们选取了有希望用作太阳能电池光伏材料的CdSe、CdTe、In2S3、CuInS2、CuInSe2、CdS等半导体纳米晶作为研究对象,从半导体纳米晶的形貌和结构控制入手,制备了一系列纳米晶材料。我们研究的主要结果如下:
(1)利用溶液外延制备技术,制备了Ⅱ型CdTe-CdSe多臂棒异质结和CdSe-CdTe杠铃型和棒状异质结,发现光照时产生的激子可以在这些异质结纳米晶内部进行空间电荷分离,并研究了异质结纳米晶作为电子受体在聚合物太阳能电池中的应用。
(2)利用氯化铟和硫粉做反应前驱体,在长烷基链的胺做配体溶剂中高温下反应制备了厚度为1.85 nm的In2S3超薄片状纳米晶,发现In2S3超薄纳米晶片吸收光谱表现出明显的量子限域效应,通过溶剂挥发的办法实现了其自组装的超晶格结构。
(3)通过选择长烷基链的烷基硫醇作为配体和反应源,发展了一种操作简单、绿色无毒可大规模制备Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族CuInS2半导体纳米晶的方法,通过调节反应的温度、时间等条件,实现了对CuInS2半导体纳米晶尺寸和形貌的控制。并且制备了CuInSe2半导体纳米晶,通过改变反应的条件,实现了CuInSe2纳米晶的形貌控制。
(4)观察到ZnSe半导体纳米晶合成过程中易发生团聚的现象,通过控制前驱体的类型、表面活性剂的量以及反应的浓度得到了尺寸均一、大小可控的硒化锌的单分散胶体微球。通过调节不同的条件实现了对半导体纳米晶团聚的控制,得到了不同形貌的ZnSe纳米晶聚集体的介晶结构。利用包覆和掺杂的方法对微球的性质进行了改进,得到了多功能的纳米晶聚集结构。
(5)利用水热法通过控制反应的条件在玻璃基底上制备了Cd4Cl3(OH)5三维纳米花的阵列结构,并以其为模板通过离子交换制备了Cd(OH)2以及CdS三维纳米结构。还制备了直径在10-20 nm左右、长度达微米级的Cd(OH)2纳米线,这种纳米线对带有负电荷的分子如染料、DNA等具有较强的吸附分离能力。