二維半導體溶液納米晶的化學合成和晶體結構研究.pdf

1、二維納米材料在一個維度上表現(xiàn)出納米尺寸效應、而其它兩個維度表現(xiàn)為對應材料的宏觀特性。二維納米材料因其獨特的性能而越來越受到關注。作為其中重要分支，二維溶液半導體納米晶也在近幾年得到了快速發(fā)展。相比于零維的量子點和一維的量子棒，二維的量子片只在厚度方向上表現(xiàn)出量子限域效應——一種典型的納米尺寸效應。作為量子限域效應的維度，厚度方向的原子排布對量子片的性能起著決定性的作用。
　　本工作首先探索了在同一個反應體系中合成了兩種不同晶型（纖

2、鋅礦和閃鋅礦結構）CdSe量子片。在文獻中，CdSe纖鋅礦量子片的合成都只能在含胺溶劑中完成。我們首次在非胺溶劑（1-十八烯）中合成了纖鋅礦量子片。機理研究提示，纖鋅礦量子片是通過小顆粒拼接而成。用吸收光譜和透射電鏡監(jiān)測了中間的反應過程，展示了拼接的過程。在我們的反應體系中，纖鋅礦量子片是低溫時的主要產(chǎn)物，反應溫度較高的時候得到的主要產(chǎn)物則是閃鋅礦量子片。通過對實驗的控制，能使原本低產(chǎn)率的纖鋅礦量子片的產(chǎn)量成倍提高，相反地，也能完全抑制

3、纖鋅礦量子片的生長，使閃鋅礦量子片成為低溫反應的唯一產(chǎn)物。對于閃鋅礦量子片的生長，分別提取了“晶種”和外延生長的前體，對閃鋅礦量子片目前推測的其中一種生長方式，即以晶種為引導進行連續(xù)二維外延生長，從實驗上進行了證實。
　　本論文的第二個工作，是以量子片為模型系統(tǒng)，發(fā)展一種普適的二維納米材料厚度、晶格取向確定方法。該方法不但能揭示量子片的晶格取向和厚度，而且確定了也一類新型的晶胞。具體地，合成了四種不同厚度的閃鋅礦CdSe量子片。利

4、用X射線粉末衍射（包括同步輻射），得到了這些樣品的衍射曲線。考慮到二維納米材料的特殊結構特點——上下兩個底面都為原子平整的極性面，發(fā)展了層-層計算擬合方法。在該方法中，純Cd原子層之間、純Se原子層之間、Cd原子層-Se原子層之間被分別考慮，以此突出了厚度方向的信息。利用這個新方法，量子片的晶格取向通過擬合得到了確立，厚度方向是極性的[001]方向，另一個極性方向（[111]方向）基本不存在。基于極性層結構，定義一層Cd原子和一層Se原

5、子合在一起為一個“CdSe單層”。新的擬合方法，進一步幫助我們定量確定了四個CdSe二維量子片的厚度，分別為2.5層、3.5層、4.5層和5.5層。半層的存在，是因為量子片的上下表面都是Cd原子層，這與反應體系中的羧酸配體相符合。新方法進一步揭示，量子片中的晶胞跟傳統(tǒng)體相CdSe的立方晶胞不同，具有四方結構。
　　對于纖鋅礦結構的CdSe量子片，新方法同樣適用。對于一種在胺溶劑中形成、猜測為1.4 nm或更厚的纖鋅礦CdSe量子片