简论掺杂硒化锌及其锰掺杂化合物一维结构纳米晶体合成、表征及性能

论文导读：
摘要：ZnSe (?)内米材料因其低毒、宽带隙及在纳米尺度显著的量子限域效应被广泛运用于光学、检测及催化等领域。一维半导体纳米晶体可以在最小维度上有效传导载流子,常被用来作为构建纳米光电子器件的重要材料。掺杂半导体纳米材料可以调节主体材料的能带结构,转变载流子运动路径,以而可对晶体的物理性质产生很大的影响。结合以上两种或三种特点的材料正好符合现在运用领域所需要的多功能性和实用性；而简单快捷、环保、经济的合成策略更是走向大规模运用所不可或缺的重要组成部分。本论文以低毒、稳定的油酸锌、硒粉和油胺为原料,在较低温度(240℃)下仅需30分钟即可制备出平均直径约2.4纳米、长度约十几纳米的立方相超细硒化锌纳米棒。借助TEM, HRTEM, SAED, XPS,等表征手段对产物的结构和成分进行浅析。TEM浅析表明该一维结构是通过取向接触生长机制形成的,高温和较高的反应物浓度会推动这种各向异性的生长。由UV-Vis (?)口PL光谱可知,该超细硒化锌纳米棒体现出显著的量子尺寸效应。文中还通过相转移反应将超细硒化锌纳米棒以油相转移至水相,并以光催化橙脱色为探针反应,考察了其光催化性能。光催化反应中引入抗坏血酸为空穴捕捉剂,在氙灯的照射下仅30分钟即使橙完全脱色；催化效果优于同条件下大尺寸硒化锌及二氧化钛(P25)。超细硒化锌纳米棒这种卓越的催化性能可以归结为其结构所致的量子尺寸效应和较高的比表面积。本论文在室温下引入全部反应物,通过简单的一锅法反应制备得到了直径约2-4纳米的立方相一维Mn掺杂ZnSeS (?)内米晶体。电子顺磁共振波谱和荧光光谱证实了Mn2+离子在客体晶格中取代型的四面体中心配位环境。并运用UV-Vis和PL光谱对颗粒的形成历程进行原位跟踪,结合能谱浅析详细解释了纳米颗粒的生长掺杂机制。对掺杂纳米颗粒进行原位表面包覆,可将产物量子效率以20%提升至35%。另外还解释了十二烷硫醇在此实验中所起到的双功能配体的作用。最后,针对合成Mn掺杂ZnSeS反应中硫醇配体体现的独特作用展开了浅析。通过实验证实了硫醇确实能够推动Mn掺杂ZnSeS的生成,并有效的避开ZnO的生成。运用无机化学反应的观点浅析了反应物在反应液中与配体产生的作用及可能生成的前驱物构型。并通过密度泛函论述进行模拟浅析证实了相比较伯胺来说,硫醇与金属原子形成的结合物能够更稳定的有着。关键词：一维纳米材料论文硒化锌纳米棒论文锰掺杂硫硒化锌论文光催化论文设计与可控合成论文
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Abstract6-8
目录8-12
符号及缩写表12-13
第一章 绪论13-45

1.1 课题背景13-14

1.2 硒化锌14-22

1.2.1 硒化锌基本性质概述14-15

1.2.2 硒化锌化学合成策略15-18

1.2.3 硒化锌形貌制约18-20

1.2.4 硒化锌相关固溶体纳米颗粒20-21

1.2.5 过渡金属离子掺杂硒化锌21-22

1.3 一维纳米结构探讨近况22-30

1.3.1 不同维度纳米材料量子限域效应比较23-24

1.3.2 形态演化机制24-30

1.4 Mn掺杂Ⅱ-Ⅵ族半导体30-43

1.4.1 Mn掺杂Ⅱ-Ⅵ族半导体的晶体结构和组成31-32

1.4.2 Mn掺杂Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米颗粒的合成32-38

1.4.3 溶液中杂离子对颗粒生长的影响38-43

1.5 本论文的选题思想及作用43-45

第二章 实验部分45-51

2.1 化学试剂及仪器45-48

2.

1.1 化学试剂45-46

2.

1.2 实验仪器46-48

2.2 实验表征48-51

2.1 透射电子显微镜浅析(TEM)48

2.2 高倍透射电子显微镜浅析(HRTEM)48

2.3 X射线能谱浅析(EDS)48

2.4 选区电子衍射浅析(SAED)48

2.5 X射线粉末衍射浅析(XRD)48-49

2.6 X射线光电子能谱浅析(XPS)49

2.7 等离子耦合原子吸收光谱浅析(ICP-AAS)49

2.8 紫外-可见分光光谱浅析(UV-Vis)49

2.9 荧光分光光谱浅析(PL)49

2.2.10 电子论文导读：章小结69-71第四章一维锰掺杂硫硒化锌71-904.1引言71-724.2一维锰掺杂硫硒化锌纳米颗粒的合成72-744.2.1前驱溶液的制备724.2.2SILAR法包壳每层壳层前驱加入量的计算策略72-734.2.3一锅法合成一维锰掺杂硫硒化锌734.2.4SILAR法包覆硫硒化锌壳层73-744.3结构及成分表征74-804.

3.1涉及公式744.2结构与成分浅析74-8

顺磁共振(EPR)49

2.11 高温热解前驱物合成纳米颗粒49

2.12 光催化活性浅析49-51

第三章 超细硒化锌纳米棒51-71

3.1 引言51-52

3.2 超细硒化锌纳米棒的合成及光催化反应52-54

3.

2.1 油酸锌的合成52

3.

2.2 超细硒化锌纳米棒的合成52

3.

2.3 相转移52-53

3.

2.4 光催化反应53

3.

2.5 光催化量子产率测定53-54

3.3 结构及成分表征54-58

3.1 X射线粉末衍射浅析54

3.2 透射电子显微镜浅析54-56

3.3 X射线光电子能谱浅析56-57

3.4 吸收及发光光谱浅析57-58

3.4 生长历程探讨58-64

3.4.1 生长历程跟踪58-59

3.4.2 导向生长纳米棒浅析59-63

3.4.3 反应温度的影响63-64

3.5 光催化性能浅析64-69

3.5.1 相转移64-65

3.5.2 超细硒化锌纳米棒光催化橙脱色反应65-69

3.6 本章小结69-71

第四章 一维锰掺杂硫硒化锌71-90

4.1 引言71-72

4.2 一维锰掺杂硫硒化锌纳米颗粒的合成72-74

4.

2.1 前驱溶液的制备72

4.

2.2 SILAR法包壳每层壳层前驱加入量的计算策略72-73

4.

2.3 一锅法合成一维锰掺杂硫硒化锌73

4.

2.4 SILAR法包覆硫硒化锌壳层73-74

4.3 结构及成分表征74-80
4.

3.1 涉及公式74

4.

3.2 结构与成分浅析74-80

4.4 生长历程探讨80-86

4.1 Mn离子处于不同位置情况浅析80-81

4.2 生长历程光谱跟踪浅析81-83

4.3 能谱浅析83-85

4.4 一维锰掺杂硫硒化锌纳米颗粒生长历程图示85-86

4.5 影响因素86-89

4.5.1 不同锰前驱的量86-87

4.5.2 配体作用浅析87-89

4.6 本章小结89-90

第五章 Mn掺杂ZnSeS纳米晶体化学形成历程浅析90-102

5.1 引言90

5.2 相关样品合成策略90-92

5.

2.1 Se前驱溶液制备90

5.

2.2 无十二烷硫醇有着时尝试合成Mn掺杂ZnSe90-91

5.

2.3 等摩尔量三正丁基膦取代十二烷硫醇尝试合成Mn掺杂ZnSe91

5.

2.4 十二烷硫醇与乙酸锌摩尔比1：1时尝试合成Mn掺杂ZnSeS91

5.

2.5 无十二烷硫醇有着时尝试合成MnSe91

5.

2.6 十二烷硫醇有着时尝试合成MnSeS91-92

5.

2.7 反应液后处理92

5.3 配体变化对反应的影响92-98
5.

3.1 配体不同对产物成分及结构的影响92-97

5.

3.2 反应系统中硫硒化锰的形成浅析97-98

5.4 用密度泛函论述(DFT)计算浅析98-101
5.

4.1 对配体与金属离子形成前驱物质进行几何优化及能量浅析98-99

5.

4.2 过渡态寻找及能垒浅析99-101

5.5 本章小结101-102
结论102-104
参考文献104-116
攻读博士学位期间取得的探讨成果116-117
致谢117-118
附件118