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半导体纳米材料在日益蓬勃发展的无机纳米功能材料中扮演着重要角色。这一类纳米材料显示了与其体相材料不同的光学、电学、催化及气敏性质,并且广泛应用于各种重要的研究与生产领域。研究表明纳米材料的性质与材料的尺寸、形貌和晶体结构等息息相关。各种形貌的半导体纳米材料被陆续地合成,研究其各种应用。然而,怎样寻求一个简单的、绿色的方法制备半导体纳米材料,并寻找其合适的应用仍然是一个巨大的挑战。本论文的工作主要是运用简单的方法制备半导体纳米材料,并进一步考察其应用。
在本论文中,我们的研究主要集中在半导体氧化物、硫化物材料。
1.在L-半胱氨酸自组装膜上,通过调节pH值制备了不同晶型及形貌的L-谷氨酸晶体。实验结果表明,当pH值为2.0和2.5时,我们得到了片状和花状的beta晶体。在pH值为3.0和4.0时得到了颗粒状的alpha晶体。同时,我们也讨论了晶体形成机理。由于L-半胱氨酸和L-谷氨酸对溶液pH值比较敏感,在不同的pH下会有不同的存在形式,所以,不同的pH时得到了不同形貌的晶体。在alpha晶体生长过程中,beta分子在alpha晶体上发生二级成核现象,所以在alpha晶体中存在少量的beta晶体。
2.化学水浴沉积方法在3-巯基丙基三甲氧基硅烷自组装膜上制备了牢固的立方结构硫化锌薄膜。对材料进行锰离子的掺杂研究,通过光致发光和能量分散X-射线能谱表征发现锰离子并没有掺入硫化锌材料中,但是锰离子在生长溶液中的加入改变了硫化锌薄膜的形貌,即从硫化锌薄膜演变成球状结构。将样品在800℃煅烧1小时后,立方结构硫化锌转变成了六方结构的氧化锌晶体。氧化锌的形貌六方片状结构形貌演变成六方塔状结构,并对硫化锌的形成机理和氧化锌光学性质进行了研究。
3.通过简单的光还原和银镜反应结合方法制备银覆盖的氧化锌纳米线阵列。研究其对NaBH4对R6G的催化还原作用,结果表明这一复合纳米结构具有很高的催化活性,该反应遵循准一级反应动力学。进行SERS灵敏度和重现性检测,结果表明它同时可以作为SERS基底进行检测,这就提供了一个应用SERS技术检测染料分子的催化降解过程。我们的结果表明,与经常用于检测反应过程的紫外吸收谱相比,SERS技术可以能够更真实的反映发生在银覆盖的氧化锌纳米线表面的催化反应。更重要的是,这一策略可以延伸来制备其他的金属/半导体氧化物复合纳米结构,可能会在催化降解及检测废水中的染料,污染水或是其他水流中的污染物方面具有很好的实际应用。
4.制备了介孔二氧化钛薄膜,利用简单的光沉积方法在二氧化钛表面沉积一层银纳米粒子,并研究其对罗丹明B的光降解作用,结果表明该材料具有很好的催化能力。为了提高催化性能,我们研究了不同的银掺杂量时样品对RB的催化降解能力。结果表明当银含量在3.9％时具有最好的催化能力,比单纯的二氧化钛的催化能力提高1.4倍。这是因为在这个含量时,银纳米粒子是作为电荷分离中心,从而促进了染料的催化降解。
5.采用绿色环保溶剂水溶剂代替有机溶剂,利用简单环境友好的化学水浴沉积方法成功制备了花状硫化镉纳米结构薄膜。该材料在320nm到550nm具有很宽的吸收,有利于光电化学研究。光致发光研究中发现,该材料的红光比传统的材料发生红移。这使得该材料在激光发射装置和光电装置中具有很好的应用前景。对材料进行光电性质研究,实验结果表明,制备的硫化镉薄膜具有很好的光电信号,而且比较稳定,所以该材料在光生伏特装置和光电生物传感器的制备方面提供了一个很好的平台。