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一维纳米结构如纳米线,纳米带,纳米管等,由于它们在介观物理以及纳米器件中的应用,近年来逐渐成为一个热门的研究领域。做为电子、光电子、电化学、以及机械器件功能部件,在纳米尺度的互连和功能单元等应用中被寄予厚望。半导体一维纳米结构,由于其光学、电学、以及光电转换等特性,更是研究中的热点。本论文也正是着眼于当前的研究前沿和热点,以一维纳米结构为主要研究对象,在材料制备、生长机制以及发光和光催化特性等方面进行了研究。论文的研究工作主要包括以下几个方面:
一.水热法合成KNbO3纳米线及其光分解水活性研究
采用水热法合成了大量的KNbO3纳米线。单晶的纳米线呈现出单相的钙钛矿结构。KNbO3纳米线的光分解水活性为5.17 mmol/h/gcat,与KNbO3纳米方块和KNbO3粉末比较活性有了较大提高。光分解水活性的提高可以归结为KNbO3纳米线大的比表面积、较好的结晶性和表面纳米结构的出现。本工作对提高光分解水的量子效率有较大意义。
二.金属热氧化法制备三氧化钼纳米结构
通过在空气中直接氧化钼金属,我们制备了大量的正交结构单晶三氧化钼纳米带以及单斜结构的三氧化钼微米球。HRTEM表明纳米带沿着[001]方向生长。Raman和FTIR给出了三氧化钼纳米带中Mo-O键的振动信息。从能量的角度,我们讨论了纳米带的生长机制。因为反应的钼几乎完全转换为三氧化钼纳米带,我们所采用的方法可以以较低的成本制备大量的三氧化钼纳米带,而后者在纳米传感器,吸附剂,离子交换器等有潜在的应用空间。
三.三氧化钨纳米线的合成及其光催化研究
通过加热蒸发的办法分别在原位和下游不同基底上制备了WO3的纳米线,四角结构以及微米棒。石英坩埚,硅片以及镀金硅片上原位收集的都是WO3的纳米线。在下游硅片上收集的是WO3的四角结构。在下游镀金硅片上收集的是WO3的微米棒。与商用WO3粉末比较,WO3纳米线的光降解RhB的活性得到很大提高。光催化活性提高可能归因于更大的表面积,以及纳米结构表面活性部位的增加。
四.NiS纳米线束和微球的合成和生长
采用溶剂热合成了NiS纳米线束和微球。我们认为固有的电偶极促使了纳米线束和微球的形成。无水乙二胺在水溶液中水解带正电荷,中间过程形成的结构带有同类正的表面电荷在电场作用下聚集在籽晶附近。由于静电吸引,带正电的中间结构主要落在籽晶两极的带相反电荷的面上。因此纳米线沿着籽晶两极的方向上生长出来。
除了一维纳米结构,我们还在以下几个方面做了一些工作:
附录一.ZnO微米管的制备和表征
通过会聚光热蒸发的方法我们制备了ZnO的微米管,增高生长区的温度,以及加大载气流量,都会使微米管的直径减小。在其PL谱出现了以492nm为中心的强的可见光发光带,该光带来源于微米管生长过程的氧缺陷产生的附加能级,附加能级中的电子跃迁回价带而产生的辐射。拉曼光谱中有5个特征峰,分别是327,376,404,435和1148cm-1。1148cm-1处的峰对应于A1(LO)双声子,而此峰只在纤锌矿结构ZnO的c轴平行于样品表面的时候才会出现。
附录二.带有表面微结构的NiSe2八面体的制备及其磁性研究
通过溶剂热方法合成了NiSe2带有表面微结构的八面体。对形貌和表面结构进行了表征和分析。NiSe2带有表面微结构的八面体出现了室温铁磁性,居里温度是760K,样品的矫顽力Hc大概81Oe,饱和磁化强度Ms是0.2 emu/g,剩余磁化强度Mr为2.7×10-2 emu/g。八面体的表面微结构以及晶体中的缺陷也许是铁磁性出现的原因。
附录三.高温高压处理对铁基超导样品的影响研究
通过固相反应法在900℃制备了NdFeAsO0.75和PrFeAsO0.75,样品没有显示超导性。NdFeAsO0.75经过6 GPa.的高压和1300℃的高温高压处理后电阻率下降了几个数量级而且出现了绝缘体-金属相变。而PrFeAsO0.75样品在150K附近出现了由自旋密度波不稳定造成的强的电阻异常。经过高温高压处理以后,PrFeAsO0.75的电阻率下降了两个数量级,出现了超导态。