CdS纳米结构的制备研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:robertrobertrobert
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CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温下的禁带宽度为2.42eV,在太阳能电池、光电显示器和非线性光学器件上有着广泛应用。由于具有不同于块体材料的光学和电学性能,CdS纳米结构成为研究的热点。其性能对尺寸和形貌有较强的依赖性,因此不同形貌和尺寸的CdS纳米材料的合成研究具有重要意义。本论文采用了多种液相合成技术合成了几种具有不同形貌的CdS纳米结构,并制备了CdS纳米颗粒/碳纳米管复合物。1.以乙酸镉和硫脲为原料,在二乙烯三胺(DETA)辅助下,成功地合成了一维CdS纳米棒。纳米棒具有六方纤锌矿结构,直径为4~12nm,长度在35nm以上。并研究了不同镉源、胺类、反应温度等参数对CdS纳米结构尺寸及形貌的影响。在CdS纳米棒生长机理的研究中我们发现,反应过程中首先生成CdS纳米片,然后这些纳米片层经卷曲以及结构优化得到纳米棒。DETA在反应过程中与Cd2+形成配合物,其对纳米片层的形成起到决定作用。此外,DETA控制反应液中反应离子有效浓度,促使晶体以平衡态生长,有利于1D结构的形成。2.以甲醇为溶剂,硝酸镉和硫脲为反应源,通过溶剂热法合成了CdS中空纳米球,采用TEM、EDS和XRD对样品形貌和结构进行了表征。结果显示产物主要为洋葱状CdS中空纳米球,外径为5~17nm,空腔直径为3~14nm,壳层厚度小于2.5nm,晶体结构为六方纤锌矿结构。并初步考察了醇类溶剂对形成CdS纳米结构的影响。结果表明,当以无水乙醇或正戊醇为溶剂时,产物分别为CdS颗粒团簇或CdS纳米颗粒组装的中空微球,说明甲醇对纳米中空结构的形成起了重要作用。中空纳米球的形成可能是CdS纳米片层在甲醇汽化形成的高压环境下卷曲的结果。3.采用水溶液液相回流技术以及反应物供给速率的控制,一步法实现CdS纳米颗粒在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面的担载,形成CdS/MWCNTs异质材料。MWCNTs交织形成网络框架,大量的CdS纳米颗粒分散在MWCNTs管壁的表面或填充于网络间隙之中,形成膜状复合材料。CdS颗粒尺寸均匀,直径约为5nm。经氧化处理后的MWCNTs分散性增强,其表面修饰的含氧官能团有助于Cd2+的化学吸附,从而实现CdS纳米颗粒在MWCNTs表面的有效担载。加入合适量的MWCNTs能抑制CdS纳米颗粒的长大,并阻止颗粒形成聚集体。
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