硒化鉛、硫化鉛及其固溶體的可控制備、生長(zhǎng)機(jī)理及光電性能研究.pdf

1、本論文主要探索研究硒化鉛、硫化鉛及其固溶體PbSexS1-x的液相可控制備及其機(jī)理。通過(guò)設(shè)計(jì)新的反應(yīng)路線，控制制備出六角星形等多種硒化鉛納米結(jié)構(gòu)，并探討了其生長(zhǎng)機(jī)理和其形貌關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)特征。同時(shí)，將此方法拓展至硫化鉛及其相應(yīng)固溶體的制備。此外，還探討了其固溶相PbSexS1-x納米結(jié)構(gòu)的光電響應(yīng)性能及可能機(jī)理。本文主要研究?jī)?nèi)容歸結(jié)如下:
　　1.發(fā)展了一種簡(jiǎn)單的硒化鉛納米結(jié)構(gòu)的液相制備方法，控制制備出具有六角星形、立方體、八面體和截

2、邊八面體等多種形貌的硒化鉛納米晶體。具體利用四苯基鉛，三苯基膦硒為原料，以二芐胺、油酸和油胺為反應(yīng)介質(zhì)（起溶劑及表面活性劑作用），在220℃反應(yīng)30 min，成功地制備出具有六角星形形貌的巖鹽相PbSe納米顆粒。通過(guò)溶劑及其用量的選擇還可控制制備出立方體、八面體和截邊八面體等不同形貌PbSe納米晶體。由透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、選區(qū)電子衍射(SAED)以及能量色散型X射線熒光光譜(ED

3、X)等表征發(fā)現(xiàn)，雖然這些PbSe納米顆粒的形貌不同，但其都具有相同的巖鹽相結(jié)構(gòu)。同時(shí)，產(chǎn)物均表現(xiàn)出富鉛相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且其富鉛程度隨著{111}面比例的增大而增大。實(shí)驗(yàn)研究顯示，溶劑對(duì)PbSe納米晶體具有重要影響，其中二芐胺、油酸和油胺對(duì)產(chǎn)物影響程度的順序?yàn)橛退幔径S胺＞油胺。通過(guò)利用全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)一步表征和分析顯示溶劑的使用確實(shí)能夠影響產(chǎn)物的形貌，并能改變其表面的結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)利用溶劑對(duì)PbSe納米

4、晶體{111}、{110}和{100}等不同晶面的選擇吸附及反應(yīng)條件的調(diào)節(jié)，可以得到包括六角星形、八面體、立方體以及截邊八面體等多種不同形貌的PbSe納米結(jié)構(gòu)。該研究不僅為不同形貌PbSe納米晶體的控制制備提供理論基礎(chǔ)，還為那些與其結(jié)構(gòu)相似的體系提供參考，并且為具有特定晶面/形貌-成分關(guān)聯(lián)的納米晶體的控制制備提供一種有效的合成途徑。
　　2.在PbSe納米晶體制備研究基礎(chǔ)上，將該液相合成方法拓展到硫化鉛，及其與硒化鉛形成的固溶體即

5、PbSexS1-x納米結(jié)構(gòu)的控制制備，通過(guò)選擇反應(yīng)活性相近的Se、S反應(yīng)前驅(qū)源制備出具有六角星形形貌的巖鹽相三元PbSexS1-x固溶體納米晶體。具體選擇二芐胺和油酸為反應(yīng)介質(zhì)，以三水合醋酸鉛為鉛源，以三苯基膦硒和二芐基二硫分別作為硒源和硫源，在260℃制備出六角星形形貌的PbSexS1-x固溶體納米晶體。通過(guò)XRD、SAED、EDX以及XPS等表征手段，研究顯示所制備的固溶體具有明顯富鉛相結(jié)構(gòu)特征，并可通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件控制固溶體產(chǎn)物的

6、成分。實(shí)驗(yàn)研究和分析表明，能夠制備出具有成分可調(diào)的三元PbSexS1-x固溶體納米晶體的一個(gè)重要原因在于所選擇的硫?qū)偾膀?qū)源在反應(yīng)體系中具有相近的反應(yīng)活性，而PbSe和PbS之間的晶格失配度較?。ㄐ∮?％）也有利于該固溶體的形成。所制備的PbSexS1-x固溶體納米晶體的成分與其品格參數(shù)呈較好的線性關(guān)系，符合Vegard規(guī)則。同時(shí)，文中還探討了PbSexS1-x固溶體納米晶體的生長(zhǎng)機(jī)理。研究表明，盡管PbSexS1-x固溶體納米晶體的形成

7、在熱力學(xué)上是可行的，但由于受到動(dòng)力學(xué)因素的限制，所制備的固溶體納米晶體仍具有一定程度的偏聚結(jié)構(gòu)，且隨固溶體中S含量的增高，其元素?zé)o序分布程度也隨之增加。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能夠促使固溶體的晶體結(jié)構(gòu)從偏聚結(jié)構(gòu)向均勻固溶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
　　3.探討了三元PbSexS1-x固溶體納米晶體的光電響應(yīng)性能，發(fā)現(xiàn)在白光照射下其光電流大小可達(dá)820 nA，遠(yuǎn)大于其對(duì)應(yīng)PbS和PbSe二元產(chǎn)物的光電流，同時(shí)其光電流與暗電流比值可達(dá)27倍。具體研究中，以Pb

8、SexS1-x（x=0.2，硒組分投料比）納米晶體為例詳細(xì)探討了三元固溶體的光電響應(yīng)性能，通過(guò)XRD、TEM、SEM、SAED及EDX表征發(fā)現(xiàn)，該巖鹽相PbSexS1-x(x=0.2)固溶體納米晶體仍保持規(guī)整的六角星形形貌、尺寸分布窄。XRD、Raman、XPS、EDX等測(cè)試分析顯示該三元PbSexS1-x(x=0.2)固溶體納米晶體具有富鉛相結(jié)構(gòu)特征，且其中存在明顯的元素?zé)o序分布或點(diǎn)缺陷，具有明顯的偏聚結(jié)構(gòu)，其支角中S的含量要明顯高于