硒化鉛、硫化鉛及其固溶體的可控制備、生長機理及光電性能研究.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理。通過設計新的反應路線，控制制備出六角星形等多種硒化鉛納米結構，并探討了其生長機理和其形貌關聯(lián)的結構特征。同時，將此方法拓展至硫化鉛及其相應固溶體的制備。此外，還探討了其固溶相PbSexS1-x納米結構的光電響應性能及可能機理。本文主要研究內容歸結如下:
　　1.發(fā)展了一種簡單的硒化鉛納米結構的液相制備方法，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、油酸和油胺為反應介質（起溶劑及表面活性劑作用），在220℃反應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，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構。同時，產物均表現出富鉛相結構特點，并且其富鉛程度隨著{111}面比例的增大而增大。實驗研究顯示，溶劑對PbSe納米晶體具有重要影響，其中二芐胺、油酸和油胺對產物影響程度的順序為油酸＞二芐胺＞油胺。通過利用全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)對產物進一步表征和分析顯示溶劑的使用確實能夠影響產物的形貌，并能改變其表面的結構特征。通過利用溶劑對PbSe納米

4、晶體{111}、{110}和{100}等不同晶面的選擇吸附及反應條件的調節(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納米結構。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，還為那些與其結構相似的體系提供參考，并且為具有特定晶面/形貌-成分關聯(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納米結構的控制制備，通過選擇反應活性相近的Se、S反應前驅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介質，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構特征，并可通過調整實驗條件控制固溶體產物的

6、成分。實驗研究和分析表明，能夠制備出具有成分可調的三元PbSexS1-x固溶體納米晶體的一個重要原因在于所選擇的硫屬前驅源在反應體系中具有相近的反應活性，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呈較好的線性關系，符合Vegard規(guī)則。同時，文中還探討了PbSexS1-x固溶體納米晶體的生長機理。研究表明，盡管PbSexS1-x固溶體納米晶體的形成

7、在熱力學上是可行的，但由于受到動力學因素的限制，所制備的固溶體納米晶體仍具有一定程度的偏聚結構，且隨固溶體中S含量的增高，其元素無序分布程度也隨之增加。延長反應時間能夠促使固溶體的晶體結構從偏聚結構向均勻固溶體結構轉變。
　　3.探討了三元PbSexS1-x固溶體納米晶體的光電響應性能，發(fā)現在白光照射下其光電流大小可達820 nA，遠大于其對應PbS和PbSe二元產物的光電流，同時其光電流與暗電流比值可達27倍。具體研究中，以Pb

8、SexS1-x（x=0.2，硒組分投料比）納米晶體為例詳細探討了三元固溶體的光電響應性能，通過XRD、TEM、SEM、SAED及EDX表征發(fā)現，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構特征，且其中存在明顯的元素無序分布或點缺陷，具有明顯的偏聚結構，其支角中S的含量要明顯高于