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三元硫属化合物功能半导体纳米材料由于其形貌及结构的多样性而展现出丰富的物理及化学特性,在半导体材料、催化剂载体、非线性光学、电磁、红外探测、光电导体和太阳能转换等现代高科技领域中有着广泛的应用前景。科研表明,材料的性能和应用取决于其形貌、晶型、尺寸和组成等,因此,三元硫属化合物功能半导体纳米材料的可控制备成为近年来的研究热点。本论文在三元硫属化合物半导体纳米材料的液相合成新途径及新方法等方面进行了探索性研究。
离子液体是在室温下完全由离子组成的有机溶剂。越来越多的研究表明,离子液体在无机纳米材料合成中起到特殊作用:如模板剂、反应介质、结构导向剂及反应物等。因此,研究离子液体辅助液相合成技术不仅可以产生新颖的纳米结构,而且对以后其他纳米结构的制备提供指导意义。
本论文的主要研究内容包括如下几点:
1.以三乙醇胺为溶剂,利用溶剂热法制备多级结构的黄铜矿CuInSe2。通过调节反应物浓度及反应时间等实验参数,成功研究了多级结构的黄铜矿CuInSe2的形成机理,并利用文献方法合成的CuSe与计量比的InCl3、Se粉反应进行验证。将制备的CuInSe2用于锂离子电池,电池性能良好,第一周放电容量为932.8 mAh/g。
2、玫瑰花状CuInSe2-CuSe异质结构的制备。以三乙醇胺为溶剂,调节反应物的计量比,成功合成出了CuInSe2∶ CuSe=1∶1的玫瑰花状CuInSe2-CuSe异质结构。将该异质结构用于锂离子电池,电池性能良好。
3、离子液体为前驱物对硫化铟锌进行调控合成。以文献方法制备的[Bmim]SCN离子液体为硫源,以水合肼为还原剂,利用水热法成功制备出了片上长有小颗粒的ZnIn2S4纳米结构。通过调节水合肼的用量及改变硫源等,找到了调控ZnIn2S4的最佳实验条件。重要的是,离子液体不仅是反应物,而且对ZnIn2S4纳米结构的生成起到了模板剂的作用。
总之,本论文主要提出了关于几种三元硫属化合物纳米材料的简便且环境友好的合成方法,并且证明了离子液体的使用有助于制备出形貌新颖、性能优异的纳米材料,该方法有望广泛用于其他纳米材料的可控合成。