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一维硅纳米材料具有不同于体硅材料的特殊光电性能,在光电子领域具有潜在的应用价值。金属纳米粒子负载在SiNWs上形成的纳米复合材料,在电池的电极材料、太阳能电池材料、催化、纳米光子、表面增强拉曼散射(SERS)基底等方面引起了人们的广泛关注。本论文中,我们采用正己硫醇为保护剂,制备出了具有高覆盖度、粒径均一的AuNPs/SiNWs复合材料,并研究了这种材料的光学性能；采用十二烷基硫酸钠(SDS)为保护剂制备了AuNPs/SiNWs复合材料.并将其用在亚甲基蓝的催化还原反应中；经过飞秒脉冲激光照射后,HF处理后的SiNWs不仅具有较强的光吸收性能,而且产生了新的光谱吸收峰,SiNWs这种新的光谱吸收特性在太阳能电池和其它光电子器件中都有重要的应用前景,有助于光电子转换效率和敏感度的提高。主要的研究结果如下:
1.以正己硫醇作保护剂,在SiNWs表面负载金纳米粒子(AuNPs)。通过调整HAuCl4的浓度,得到了AuNPs粒径为3.2nm～7.0nm的AuNPs/SiNWs复合结构。紫外一可见吸收光谱研究表明,负载不同粒径的AuNPs的SiNWs在530～580nm间有明显的AuNPs表面等离子体的吸收,且随着AuNPs粒径的增加,该吸收峰发生红移。负载前后的荧光光谱表明,AuNPs/SiNWs的荧光峰在红光和绿光区与SiNWs的荧光峰峰形相当,峰位变化不大；但在蓝光区,不同于SiNWs的发射峰(464nm左右),AuNPs/SiNWs在423nm的位置处出现了强荧光峰,这个峰是AuNPs费米能级的电子与sp或d带的空穴辐射复合产生的。
2.我们使用SDS作为保护剂成功制备了具有高覆盖度、粒径分布较窄的复合材料,并研究了反应参数对负载效果的影响。将这种材料应用在硼氢化钠作还原剂的亚甲基蓝的还原反应中,催化结果显示,经过60min55％亚甲基蓝获得了还原,AuNPs/SiNWs显示了较好的催化活性。纳米催化剂在制备和应用过程中纳米粒子的聚集一直是一个问题,而这种复合材料易于从反应溶液中分离出来,实现了纳米催化剂的循环使用。
3.经过飞秒激光的照射,HF处理后的SiNWs不仅吸光性能显著增强,而且在235,244和253nm处出现了三个新的吸收峰,经过分析这些新的吸收峰可能由新的结构缺陷形成造成的。此外,我们考察了SiNWs样品的形貌、HF处理时间以及激光频率等反应参数等对SiNWs的光学性能的影响,结果显示,线状结构,较短的HF处理时间以及合理的激光参数是SiNWs产生新能级跃迁的重要条件。