硫化銅(CuS)是一種典型的p型半導(dǎo)體材料,由于其低成本、高光熱轉(zhuǎn)化率的特性,在熱電、鋰電及光催化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前,關(guān)于二元CuS化合物的研究,從合成特殊微納米結(jié)構(gòu)到光電、光熱治療等應(yīng)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(jié)構(gòu)決定性質(zhì),而性質(zhì)決定其應(yīng)用。通常情況,微觀的晶體結(jié)構(gòu)對晶體的宏觀形貌具有決定性作用,而晶體的微納結(jié)構(gòu)又最終影響其性質(zhì)。因此控制合成納米晶特殊的微納結(jié)構(gòu)和形貌成為提高材料性能的關(guān)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(dǎo)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(jié)構(gòu),在分子水平和納米尺度上研究其生長機(jī)理過程,提出其化學(xué)反應(yīng)路線和形貌演化機(jī)制,即CuS轉(zhuǎn)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(xué)轉(zhuǎn)化形成機(jī)理。具體研究內(nèi)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(jié)果說明所制備的Cu_3SbS_4三元納米材料具有相當(dāng)高的產(chǎn)量和重現(xiàn)性。XRD,SEM結(jié)果表明,獲得的Cu_3SbS_4為一種厚度在25 nm-30 nm的納米片構(gòu)筑而成的1.5μm-2μm微米級花球狀結(jié)構(gòu),通過吸收光譜測定產(chǎn)物的光學(xué)帶隙為0.47 eV;時間依賴實驗揭示,通過一步溶液法,原位產(chǎn)生的由納米片構(gòu)筑的具有分級結(jié)構(gòu)的CuS花球狀結(jié)構(gòu)的中間產(chǎn)物作為自犧牲模板,通過后續(xù)離子交換反應(yīng)生成Cu_3SbS_4多元化合物,Sb離子擴(kuò)散進(jìn)入CuS晶格中,取代部分Cu離子,完全參與反應(yīng),在制備結(jié)束階段無殘留,可獲得高純度的產(chǎn)物,此外,發(fā)現(xiàn)樣品中含有氯元素,且Cl元素含量對于導(dǎo)電類型具有影響。(2)在制備Cu_3SbS_4三元納米材料基礎(chǔ)上,向反應(yīng)體系中引入Pb元素,分別探討了溫度、溶劑、反應(yīng)時間等因素對產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響。利用一系列檢測分析技術(shù),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(jié)構(gòu),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(jié)果與XRD結(jié)果相符。此外,分別對Cu,Sb,Pb三種元素在化學(xué)反應(yīng)體系中的作用進(jìn)行了研究,得出結(jié)論為三種元素存在協(xié)同作用,控制適當(dāng)摩爾比,具體為Pb:Sb:Cu=12:1:14,才能夠合成鏤空船狀的目標(biāo)四元產(chǎn)物。該路線為可控合成其它金屬元素?fù)诫sCuS基多元納米晶提供了新視角和新思路,為光電性質(zhì)的研究,器件應(yīng)用做好物性準(zhǔn)備,這些產(chǎn)物可能在光電器件中具有應(yīng)用潛力。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(yīng)用Figure 1-1 Development principle and application of thermoelectric materials印度奧斯馬尼亞大學(xué)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(xì)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(lǐng)域的應(yīng)用[6] 1-3 Photoelectric application of metal doped copper sulfide nanom料在熱電領(lǐng)域（熱能轉(zhuǎn)化為電能）和光電領(lǐng)域（光能轉(zhuǎn)我們不難相信其在能源領(lǐng)域內(nèi)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(yuǎn)意義

【參考文獻(xiàn)】

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1 張鐵銳;;一種調(diào)控催化劑性能的新要素:金屬-載體的晶面協(xié)同效應(yīng)[J];物理化學(xué)學(xué)報;2016年09期

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本文編號：2807353