CdS、ZnS及ZnxCd1-xS纳米材料的制备与表征

摘要

近年来，纳米半导体微粒已经吸引了科学家们的广泛关注。作为ⅡB-ⅥA族中重要的半导体纳米材料，CdS、ZnS具有不同于其体相材料的物理和化学性质，在许多领域有潜在的应用。因此，对这些半导体纳米微粒的合成方法的研究在国内外已经成为一个非常活跃的领域。
　　 在本文中，我们用简单经济的化学方法成功地在液相中合成，得到了CdS、ZnS半导体纳米微粒和复合结构ZnxCd1-xS纳米微粒。其合成路线为，以溶剂无水乙醇为反应介质.浓度为0.002mol·L-1的乙酸镉和乙酸锌、0.004mol·L-1的硫脲为反应前驱体，不同浓度的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为大分子表面活性剂，整个体系在持续的强磁力搅拌下保持在乙醇回流温度下反应，分别制备得到了CdS和ZnS半导体纳米微粒。改变反应前躯体乙酸锌与乙酸镉的化学计量比，制备得到复合结构的ZnxCd1-xS纳米微粒。在N,N-二甲基甲酰胺为介质的体系中，反应恒温在100℃进行，同样得到了CdS、ZnS纳米半导体及复合结构ZnxCd1-xS纳米微粒。
　　 利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、透射电子显微镜、X-射线衍射等测试手段对合成的CdS、ZnS半导体纳米微粒及复合结构ZnxCd1-xS纳米微粒样品进行光学性质及结构方面的表征。通过分析其在室温下的紫外-可见吸收光谱图，发现吸收峰值波长明显地朝短波长方向移动，这是由量子尺寸效应引起的“蓝移现象”。用透射电子显微镜观察，结果发现制备得到的纳米微粒的尺寸都在20～60nm的范围内。这些样品在无水乙醇及N,N-二甲基甲酰胺中有良好的分散性和稳定性。荧光光谱测试结果表明合成的CdS及ZnS半导体纳米微粒可以产生较为明显的表面缺陷态发光。通过改变复合结构ZnxCd1-xS中的化学计量比，可以获得不同颜色的发光光谱。XRD的结果给出了典型的纳米半导体CdS晶体的衍射谱图。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 半导体纳米材料的性质

1.2.1 量子尺寸效应

1.2.2 体积效应

1.2.3 表面效应

1.2.4 量子隧穿效应

1.2.5 库仑阻塞效应

1.2.6 量子干涉效应

1.2.7 光学性质

1.3 半导体纳米材料的制备方法

1.3.1 气相法

1.3.2 固相法

1.3.3 液相法

1.4 纳米材料的分析表征技术

1.4.1 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）

1.4.2 透射电子显微镜(TEM)

1.4.3 荧光光谱

1.4.4 X射线衍射技术(XRD)

1.5 纳米材料的应用

1.5.1 微电子学领域

1.5.2 光电领域

1.5.3 陶瓷领域

1.5.4 生物工程领域

1.5.5 医学领域

1.5.6 光催化领域

1.5.7 能源领域

1.6 大分子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)

1.6.1 表面活性剂概述

1.6.2 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)

1.7 课题研究意义及内容

1.7.1 课题研究意义

1.7.2 课题研究内容

第2章 液相反应制备CdS半导体纳米微粒

2.1 实验部分

2.1.1 实验试剂

2.1.2 仪器

2.1.3 实验操作

2.2 结果与讨论

2.2.1 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）分析

2.2.2 透射电镜(TEM)分析

2.2.3 荧光光谱分析

2.2.4 X射线衍射光谱(XRD)分析

2.3 本章小结

第3章 液相反应制备ZnS半导体纳米微粒

3.1 实验部分

3.1.1 实验试剂

3.1.2 仪器

3.1.3 实验操作

3.2 结果与讨论

3.2.1 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）分析

3.2.2 透射电镜(TEM)分析

3.2.3 荧光光谱分析

3.3 本章小结

第4章 液相反应制备ZnxCd1-xS纳米微粒

4.1 实验部分

4.1.1 实验试剂

4.1.2 仪器

4.1.3 实验操作

4.2 结果与讨论

4.2.1 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）分析

4.2.2 透射电镜(TEM)分析

4.2.3 荧光光谱分析

4.3 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢