硫化銅(CuS)是一種典型的p型半導體材料,由于其低成本、高光熱轉化率的特性,在熱電、鋰電及光催化等領域有著廣泛的應用。目前,關于二元CuS化合物的研究,從合成特殊微納米結構到光電、光熱治療等應用,均已日趨成熟,然而在CuS基的三元和四元化合物研究方向上,由于難于獲得純相等困難,報道還不多。眾所周知,納米晶結構決定性質,而性質決定其應用。通常情況,微觀的晶體結構對晶體的宏觀形貌具有決定性作用,而晶體的微納結構又最終影響其性質。因此控制合成納米晶特殊的微納結構和形貌成為提高材料性能的關鍵因素。本論文采用條件簡單、溫和,快速的一步溶劑熱法合成多元硫化銅半導體納米材料,向CuS晶格基體摻雜不同種類、不同濃度的金屬離子(單摻雜Sb、Pb或共摻雜),成功合成了Cu_3SbS_4三元納米晶及Cu-Pb-Sb-S四元納米晶。為更好的理解和控制其結構,在分子水平和納米尺度上研究其生長機理過程,提出其化學反應路線和形貌演化機制,即CuS轉變?yōu)镃u_3SbS_4與Cu-Pb-Sb-S四元化合物兩個階段的原位化學轉化形成機理。具體研究內容如下所述:(1)從二元的CuS材料合成開始,系統(tǒng)研究了三元Cu-Sb-S納米材料合成的影響因素,表征結果說明所制備的Cu_3SbS_4三元納米材料具有相當高的產量和重現(xiàn)性。XRD,SEM結果表明,獲得的Cu_3SbS_4為一種厚度在25 nm-30 nm的納米片構筑而成的1.5μm-2μm微米級花球狀結構,通過吸收光譜測定產物的光學帶隙為0.47 eV;時間依賴實驗揭示,通過一步溶液法,原位產生的由納米片構筑的具有分級結構的CuS花球狀結構的中間產物作為自犧牲模板,通過后續(xù)離子交換反應生成Cu_3SbS_4多元化合物,Sb離子擴散進入CuS晶格中,取代部分Cu離子,完全參與反應,在制備結束階段無殘留,可獲得高純度的產物,此外,發(fā)現(xiàn)樣品中含有氯元素,且Cl元素含量對于導電類型具有影響。(2)在制備Cu_3SbS_4三元納米材料基礎上,向反應體系中引入Pb元素,分別探討了溫度、溶劑、反應時間等因素對產物形貌和結構的影響。利用一系列檢測分析技術,包括X射線衍射(XRD),紫外-可見光譜(UV-vis),傅里葉變換紅外光譜(FT-IR),能量分散X射線衍射(EDX)。Cu-Pb-Sb-S四元化合物則是一種長度約為5μm,高度為80 nm,厚度為20 nm的一種破碎的、鏤空的船狀結構,非常有趣的是物相分析表明樣品是PbS為主體,Cu和Sb元素作為摻雜元素,能譜面掃結果與XRD結果相符。此外,分別對Cu,Sb,Pb三種元素在化學反應體系中的作用進行了研究,得出結論為三種元素存在協(xié)同作用,控制適當摩爾比,具體為Pb:Sb:Cu=12:1:14,才能夠合成鏤空船狀的目標四元產物。該路線為可控合成其它金屬元素摻雜CuS基多元納米晶提供了新視角和新思路,為光電性質的研究,器件應用做好物性準備,這些產物可能在光電器件中具有應用潛力。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TB34;O611.6
【部分圖文】：

圖 1-1 熱電材料的發(fā)展原理及其應用Figure 1-1 Development principle and application of thermoelectric materials印度奧斯馬尼亞大學熱電材料實驗室的 R. C. Mallik[4]等人主要金屬元素的多元納米材料的研究，他在 2015 年發(fā)表了一篇名為料前瞻的文章。該文章詳細指出硫化銅摻雜金屬材料在 723 K

2圖 1-2 硫化銅摻雜不同金屬元素的 ZT 值[4]re 1-2 ZT value of copper sulfide doped with different metal eleme S. Nolas[5]課題組在一篇綜述中報道，四元固溶體 P

圖 1-3 硫化銅摻雜金屬納米材料在光電領域的應用[6] 1-3 Photoelectric application of metal doped copper sulfide nanom料在熱電領域（熱能轉化為電能）和光電領域（光能轉我們不難相信其在能源領域內有著可觀的前景。金屬，在可控合成方面的研究，具有不言而喻的深遠意義

【參考文獻】

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本文編號：2807353