形貌可控硒化铜纳米材料的快速制备、表征及光学性质

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微/纳米结构铜硒化物，是典型的p型半导体，可广泛应用在太阳能电池，气体传感器，电池和热电转换器等领域。本文通过水热法和牺牲模板法快速合成出了不同形貌的硒化铜纳米结构，并以SEM、TEM、XRD、PL光谱、UV-Vis吸收光谱等对产物的形貌、结构及光学性质进行了研究，提出了形成机理并分析了不同反应条件对产物形貌的影响。此外，还研究了不同条件下Cu(OH)2和CuO前驱体形貌和结构的变化。具体内容如下：
　　1.在0℃下在铜箔基底上快速制备了氢氧化铜纳米管阵列膜前驱物，在室温下制备了具有纳米片状次级结构的氧化铜微米球。对产物进行了形貌与物相的表征，研究了不同反应温度、反应时间、反应物的量对产物形貌的影响。且以不同温度下制备的产物为前驱体使其转化为硒化铜纳米结构。发现，前驱体的物相与形貌对硒化铜产物的形貌有较大影响。
　　2.采用水热法以氯化铜、硒粉为原材料，水合肼为还原剂，油胺为助剂合成了尺寸在5~8μm厚度在500 nm的六边形微米板。采用溶液法以氢氧化铜纳米管阵列膜为前驱体，与以硼氢化钠为还原剂配置的硒离子溶液反应，在室温下快速制备了分布均匀的相互交叉的尺寸只有几十纳米的六边形纳米片膜。对六边形纳米片膜进行了结构与形貌表征，并研究了其光学性质。结果表明，尽管两种六边形硒化铜的尺寸差别较大，但是主要成分都是Cu2-xSe，构成六边形样品初级粒子的平均粒径和带隙能也相似分别在23 nm和2.2 eV左右，此外两种样品的荧光发射光谱也相似，在400~500 nm处都有一个荧光发射带，峰值在420 nm附近。
　　3.在室温下以高度有序的Cu(OH)2纳米管阵列作为牺牲模板合成立方相的Cu2-xSe（x=0.23）随反应时间的延长进一步转化为由交叉薄片组装成的Cu2-xSe（x=0.13）准管结构并研究了两种Cu2-xSe结构的形成机理及光学性质。结果表明，构成Cu1.77Se的块状结构是由许多平行的纳米片堆积而成的，随着反应时间的延长，这些层状结构逐渐分解成相互交叉的纳米片。由纳米块构成的Cu1.77Se的形成过程遵循“柯肯达尔效应”，而从立方块构成的Cu1.77Se结构向由交叉纳米片构成的Cu1.87Se准管结构转化的过程是一个“奥斯特·瓦尔德熟化反应”过程，并且随着纳米块到纳米块层状结构的转化过程中其带隙能从1.91 eV降到1.30 eV。此外，反应条件对样品的形貌影响也较大，温度升高，从Cu(OH)2纳米管前驱体到具有立方块状次级结构的硒化铜再到具有纳米片状次级结构的硒化铜的反应进程加快；Na2SO3和NaOH用量必须控制在合适范围内，才能保持管状形貌，Se粉用量也必须要在0.12 g以上，否则产物中立方块较少，无法组装成中空纳米管结构；此外还原剂种类对产物形貌也有很大影响。

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作者
张广志;
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作者单位

天津理工大学;

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授予单位天津理工大学;
学科化学工程
授予学位硕士
导师姓名朱连杰;
年度 2016
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
硒化铜纳米材料; 制备工艺; 结构表征; 光学性质;

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