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碲是一种室温下带隙为0.35eV的半导体材料,具有良好非线性光学响应、电导、热导以及催化等特性,是下一代电学、光电器件和高效催化剂的首选材料之一。与常规材料不同,纳米材料的形貌和尺寸也是影响其性能的因素之一。有针对性地调控碲纳米单元的尺度和形貌是纳米材料领域重要的研究课题之一。基于此,我们采用液相法和相应的化学试剂制备了碲的纳米结构,分析了影响碲纳米结构形貌和尺寸的影响因素,重点讨论了物质供应在碲纳米结构制备中的重要作用。并讨论了制备出的碲纳米结构的生长机理。论文取得的主要研究结果如下。
1.利用液相法以亚碲酸钠为反应的原始材料,通过筛选三种不同还原能力的还原剂合成多种形貌的纯碲材料,并讨论了形貌的形成机理。碲纳米单元的形成取决于零价碲原子的供应,而原始反应材料中的碲是以离子形式存在于酸根基团中,因此还原剂就成了将碲离子转化为零价碲原子的关键。还原剂的还原效果和添加量直接与还原出零价碲原子的速度和浓度密切相关。研究中发现,硼氢化钠的添加量较多时,碲原子浓度迅速增加,生长的碲结构尺寸大并且形貌复杂。降低硼氢化钠的添加量,有利于规则形貌的生成。总结上述研究成果,我们提出控制物质供应量是调控形貌和尺寸的重要因素。并揭示了两个概念:1是原始材料的名义供应量;2是参加碲纳米单元生长的实际供应量。而后者的物质供应关键取决于还原剂的还原能力和添加量。
2,选用中等还原能力的柠檬酸为还原剂合成了<001>取向的碲纳米管,讨论了碲纳米管的形成机理和生长条件。实验中加入的表面活性剂在溶液中形成棒状胶束。被还原出的碲原子以棒状胶束为软模板生长为管状结构。继而在碲自身特点的作用下生长发育为六棱形的碲纳米管。
3,选用还原能力较弱的还原型谷胱甘肽作还原剂,在室温条件下实验,有效的控制了零价碲原子的供应量,实现了碲量子点的制备。依据上述研究成果总结了碲纳米单元形貌控制主要的因素:一是还原剂控制碲原子物质供应;二是添加剂的影响;三是碲元素本身的结构特点。