CdS纳米晶的分子簇直接热解法制备及其结构与性能

摘要

本文以(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]分子簇为单源前驱体，采用直接热解法，在十六胺（HDA）中合成了尺寸可控的CdS量子点，研究了反应条件对CdS量子点生长过程的影响规律，阐明了其反应机制；采用上述分子簇为前驱体，在单一表面活性剂体系中成功制备了具有量子限域效应的 CdS纳米棒，系统研究了反应条件对CdS纳米晶形貌的影响规律，揭示了CdS纳米棒的形成机制；在此基础上，利用无机分子簇的离子交换作用，以分子簇(Me4N)2[Co4(SC6H5)10]和(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]为前驱体，合成了Co掺杂的CdS量子点和纳米棒，研究了Co掺杂对CdS纳米晶结构和性能及生长过程的影响规律。
　　研究发现，采用分子簇直接热解法制备的 CdS量子点为纤锌矿结构，形貌规则，结晶度高，呈现明显的量子尺寸效应，并具有强的荧光发射。在 CdS量子点的生长过程中，随着反应温度的升高，量子点粒径逐渐增大，其变化可分为两个阶段：较低温度下，CdS粒径增长缓慢，量子点形核过程占主导地位；反应温度升高到190℃以上，CdS粒径随温度升高迅速增大，量子点进入快速生长阶段。随着反应时间的延长，CdS量子点的粒径逐渐增大，其尺寸分布随反应进行而窄化。在 CdS量子点的生长过程中出现了形核和长大两个独立的阶段，这两个阶段在单一溶剂体系中实现了自动分离。该方法简单可控，反应条件温和，可高产率制备CdS量子点（>10g/L）。
　　试验结果表明，所制备的 CdS纳米棒形貌均一，尺寸分布窄，长径比约为9:1左右；纳米棒沿c轴生长，为纤锌矿结构。CdS纳米棒呈现出明显的量子限域效应，并具有较大的斯托克位移现象。CdS纳米晶的形貌随反应条件改变而变化，其中单源前驱体浓度对 CdS纳米晶的形貌起决定性的作用，低浓度下产物为量子点，较高浓度下为直链纳米棒，高浓度下为分枝状纳米棒。若制备均一的纳米棒，反应前驱体浓度应在合成量子点浓度的二倍以上。提高反应温度和延长反应时间均有利于 CdS纳米棒的形成。若制备均匀的、具有较大长径比的 CdS纳米棒，反应温度应在190℃以上，反应时间应在5h以上。CdS纳米棒的形成遵循定向吸附机制，反应驱动力为偶极吸引力，CdS纳米晶的形貌取决于偶极吸引和位阻作用之间的相互关系。
　　Co掺杂的CdS量子点（CdS:Co）为近球形的颗粒，形貌均匀，尺寸分布窄，结晶度高，其结构为纤锌矿结构。Co离子掺杂在 CdS晶格内部，使得 CdS:Co量子点具有室温铁磁性。CdS:Co量子点呈现量子限域效应，荧光峰相对于 CdS量子点略有红移。利用前驱体热解法，通过增大分子簇前驱体浓度成功制备了Co掺杂的 CdS纳米棒，Co在 CdS中的掺杂促进了一维纳米棒的形成，并缩短了反应时间。

目录

CdS 纳米晶的分子簇直接热解法制备及其结构与性能

STRUCTURE AND PROPERTIES OF CdS NANOCRYSTALS SYNTHESIZED BY DIRECT THERMOLYSIS OF MOLECULAR CLUSTERS

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 CdS 纳米材料的晶体结构与性质

1.3 CdS 纳米材料的制备

1.4 CdS 纳米材料的应用

1.5 本课题的主要研究内容

第2 章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 结构与性能表征

第3 章 CdS 量子点的分子簇直接热解法制备及其结构与反应机理

3.1 引言

3.2 CdS 量子点的制备及其结构与光学性质

3.2.1 分子簇前驱体的制备

3.2.2 量子点的制备

3.2.3 微观结构

3.2.4 光学性质

3.3 反应条件对CdS 量子点生长过程的影响

3.3.1 反应温度的影响

3.3.2 反应时间的影响

3.4 CdS 量子点的反应机理

3.5 本章小结

第4 章 CdS 纳米棒的分子簇直接热解法制备及其结构与形成机制

4.1 引言

4.2 CdS 纳米棒的制备及其结构与光学性质

4.2.1 纳米棒的制备

4.2.2 微观结构

4.2.3 光学性质

4.3 反应条件对CdS 纳米棒生长过程的影响

4.3.1 前驱体浓度的影响

4.3.2 反应温度的影响

4.3.3 反应时间的影响

4.4 CdS 纳米棒的形成机制

4.5 本章小结

第5 章 Co 掺杂CdS 纳米晶的分子簇直接热解法制备与微观结构

5.1 引言

5.2 Co 掺杂CdS 量子点的制备与微观结构及性质

5.2.1 分子簇前驱体的制备

5.2.2 Co 掺杂CdS 量子点的制备与微观结构

5.2.3 Co 掺杂CdS 量子点的性质

5.2.4 Co 掺杂对CdS 量子点生长过程的影响

5.3 Co 掺杂CdS 纳米棒的制备与微观结构

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权

致 谢

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