一維硫化鉍納米-微米結(jié)構(gòu)的合成及性質(zhì)研究.pdf

1、作為一個(gè)非常重要的主族金屬硫化物，硫化鉍的直接帶隙為1.3eV，在很多領(lǐng)域里有著潛在的應(yīng)用，比如光電轉(zhuǎn)化、熱電、電化學(xué)儲(chǔ)氫等。本論文合成了一維硫化鉍納米線和納米帶，測(cè)試了材料的晶體結(jié)構(gòu)和形貌，并研究了一維結(jié)構(gòu)下硫化鉍材料的熱電、光電和光催化性質(zhì)。主要研究工作及內(nèi)容概括如下：
　　利用復(fù)合鹽媒介法，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間和添加的水量，成功制備了不同形貌的斜方晶系硫化鉍納米材料，并且得到了長(zhǎng)度在20μm以上的高結(jié)晶度硫化鉍納米線。

2、我們測(cè)試了納米片與納米線的混合形貌樣品（P1）、納米線形貌樣品（P3）和納米片形貌樣品（P8）的光學(xué)帶隙，并將三個(gè)樣品壓制成膜，測(cè)試了三個(gè)樣品的表面形貌、表面電阻率和Seebeck系數(shù)。從結(jié)果上得出，硫化鉍納米線壓制而成的薄膜樣品的功率因數(shù)要高于另外兩個(gè)樣品，這得益于其低于其他樣品的電阻率和高的Seebeck系數(shù)。并進(jìn)一步論證出，納米線薄膜樣品較低的電阻率是由于其高的載流子濃度，高的遷移率是由于其高的取向度和結(jié)晶度。薄膜中的納米線結(jié)構(gòu)在

3、a-c和b-c平面為電子提供了快速的傳輸通道（電子晶體），同時(shí)也在這兩個(gè)平面和納米線晶粒的界面之間產(chǎn)生有效的聲子散射（聲子玻璃）。除此之外，大量小尺寸晶粒晶界的引入也會(huì)對(duì)聲子產(chǎn)生明顯的散射作用，同時(shí)由于界面勢(shì)能的作用，也會(huì)過濾掉低能量的電子，從而增強(qiáng)Seebeck系數(shù)。
　?、诶霉饪膛c磁控濺射技術(shù)，制備出了以SiO2/Si為基底的微米金電極，在光學(xué)顯微鏡下，用韌性的細(xì)絲將納米線搭在兩電極之間，成功獲得了兩個(gè)單根硫化鉍納米線電極。

4、對(duì)其中一個(gè)電極，利用掃描電鏡中的聚焦粒子束（FIB）技術(shù)，沉積了Pt在納米線與電極的接觸點(diǎn)上，消除電極的肖特基勢(shì)壘。另一個(gè)單根電極不做處理，作為對(duì)比電極。此外，利用同一批生長(zhǎng)出的納米線壓制成薄膜，用導(dǎo)電玻璃(FTO)與硫化鉍薄膜制備了三明治結(jié)構(gòu)的FTO/Bi2S3/FTO薄膜電極，并測(cè)試了三個(gè)電極的光電性質(zhì)。在室溫大氣的環(huán)境下，我們用氙燈光源測(cè)試了兩個(gè)單根納米線電極的光電性質(zhì)，兩個(gè)電極都展示了高靈敏的、可周期性循環(huán)的光電響應(yīng)，其中沉積了

5、Pt的電極展示出了更好的電流穩(wěn)定性，而未沉積Pt的電極則展示出了更快的響應(yīng)速度。另外，相比于納米線壓制而成的薄膜電極，兩個(gè)單根電極均展示出了更好的光電性能。結(jié)果表明單根硫化鉍納米線制備的電極可以被用作光電探測(cè)器或者光開關(guān)。
　　③以硝酸鉍與硫代硫化鈉為溶質(zhì)，丙三醇和去離子水的混合溶液為溶劑，氫氧化鈉為調(diào)節(jié)劑，制備出了長(zhǎng)度可達(dá)到幾毫米的斜方晶系硫化鉍納米帶。通過掃描電鏡對(duì)樣品的形貌觀察，我們發(fā)現(xiàn)所制備的樣品為納米線和納米帶的混合物，

6、其直徑范圍從100納米到幾微米左右。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，樣品中很多納米帶是由更細(xì)小的納米線或者納米帶聚合在一起生長(zhǎng)而成。為了更好的了解納米帶的結(jié)構(gòu)信息，我們對(duì)樣品做了透射電鏡分析，從透射電鏡測(cè)試中，找到了兩根正在聚合生長(zhǎng)的納米帶，并對(duì)分叉點(diǎn)做了高分辨分析。通過去噪聲處理，得到了更加清楚的晶格條紋圖，從圖中觀察到了交點(diǎn)處的晶格排列信息，對(duì)樣品的生長(zhǎng)有了更直觀清晰的認(rèn)識(shí)。利用化學(xué)法，制備出了CdS/Bi2S3異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，測(cè)試了制備的異質(zhì)結(jié)樣品對(duì)