复杂结构Ⅰ-Ⅵ族化合物微晶的生长与机理研究

摘要

无机纳米材料的结构控制已成为现代材料合成和纳米器件制造过程中一个研究热点,本论文旨在探索和研究复杂结构无机半导体材料的化学合成新途径。通过系统调控溶剂热及液相合成体系中的关键性实验参数,成功实现了复杂结构Ⅰ-Ⅵ族硫属化合物微晶的合成与构筑。
　　取得的具体研究成果归纳如下:
　　1.通过Cu(NO3)2和单质硫在140℃乙二醇溶剂中的简单溶剂热反应,成功合成了一种新颖的铜蓝矿CuS微晶,即由四个完全相同的六方片相互交叉,通过最大限度地利用24条棱形成14个高度对称的腔洞而组成的凹陷十四面体结构。这种具有高度对称性和复杂结构的晶体也可以被称为“Escher”晶体。这意味着运用简单的化学合成技术可以准确地控制溶液中的分形生长过程,从而实现具有高度几何对称性的、打破晶体本身微观对称性限制的、令人惊奇的微米级复杂晶体结构的控制生长。相同实验条件下,其它铜源和硫源的反应并不能得到这一独特结构,因此反应体系中存在的阴离子和硫源释放出S2-的速度对晶体的生长过程起着关键性作用。实验温度、反应溶剂以及反应体系中存在的其它离子、表面活性剂等都将对产物晶体的形貌产生显著影响,通过系统调控以上实验因素,我们得到了一系列不同形貌的特殊结构CuS微晶,并对各影响因素的作用机理进行了较深入的探讨。
　　2.掺杂少量其它金属离子的金属硫化物将具有比母体硫化物更优越的物理性质如电子和光电子传导性等,因而在纳米器件等领域有着潜在的应用前景。我们用已合成的凹陷十四面体CuS微晶做为模板,通过室温下与不同体积、不同浓度的AgNO3溶液进行离子交换反应,合成了基本维持模板形貌特征的CuS/Ag2S复合物和纯相Ag2S纳米颗粒聚集体。这一实验方法为通过简单的实验方法不能直接合成的复杂结构双金属复合物及溶度积常数较低的纯相物质提供了一种便利的途径。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 高度几何对称的复杂结构无机晶体的最新研究进展

§1.1 引言

§1.2 晶体形状的形成机理

§1.3 高度几何对称的复杂结构无机晶体的合成方法

§1.3.1 液相合成法

§1.3.2 电沉积法

§1.3.3 自相似生长

§1.4 本论文的选题背景和研究内容

参考文献

第二章 高度几何对称的凹陷十四面体CuS微晶的化学液相合成

§2.1 引言

§2.2 实验部分

§2.3 结果与讨论

§2.3.1 凹陷十四面体CuS微晶的合成

§2.3.2 形成过程及反应机理

§2.3.3 晶体形成过程中的影响因素

§2.4 本章小结

参考文献

第三章 通过液相离子交换法原位合成CuS/Ag_2S复合物和Ag_2S纳米颗粒聚集体

§3.1 引言

§3.2 实验部分

§3.3 结果与讨论

§3.3.1 CuS/Ag_2S复合物及Ag_2S纳米颗粒聚集体的合成

§3.3.2 形成过程及反应机理

§3.4 本章小结

参考文献

第四章 温和条件下乙二醇溶液中均匀CuS纳米管的牺牲模板法合成

§4.1 引言

§4.2 实验部分

§4.3 结果与讨论

§4.3.1 CuS纳米管的牺牲模板法合成

§4.3.2 CuS纳米管的热稳定性研究

§4.3.3 形成过程及反应机理

§4.4 本章小结

参考文献

附录:

博士期间完成的工作

致谢