Ⅱ-Ⅵ半导体核壳纳米晶、掺杂纳米晶的调控合成及性能研究阳离子交换反应的新应用.pdf

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1、II-VI半导体核壳纳米晶、掺杂纳米晶的调控合成及性能研究：阳离子交换反应的新应用桂晶2015年1月中图分类号：UDC分类号：Ⅱ-Ⅵ半导体核壳纳米晶、掺杂纳米晶的调控合成及性能研究：阳离子交换反应的新应用作者姓名桂晶学院名称材料学院指导教师张加涛教授答辩委员会主席曹传宝教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月PreciseSynthesisandPropertiesResearchofⅡ-ⅥCore-ShellandDopedSemiconductorNanocrystals:NewApplicationso

2、fCationExchangeReactionCandidateName：JingGuiSchoolorDepartment:MaterialsScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.JiataoZhangChair,ThesisCommittee：Prof.ChuanbaoCaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialsScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence

3、：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要本论文以半导体纳米晶及其与贵金属形成的核壳纳米结构为主要研究对象，采用非外延生长法和不同膦配体诱发的阳离子交换法相结合制备了Au@CdX（X为硫属族元素）的核壳结构纳米

4、晶，异价掺杂的CdS纳米晶，并对其光分解水制氢、发光性能进行了研究。主要取得的成果及创新点如下：1.我们利用非外延生长法与阳离子交换法相结合在水相中制备出具有不同厚度单晶壳层的Au@CdS核壳结构纳米晶，且半导体CdS在三维方向上在高曲率金属Au核纳米晶表面形成直接接触和清晰的界面。基于贵金属局域表面等离子体共振（LSPR）效应，在入射光子的激发下，产生了LSPR增强下的高效电子/空穴分离及电子注入效应。对不同壳层厚度Au@CdS核壳结构纳米晶进行光分解水制氢性能的测试，当Au核尺寸增长到约为35nm时，Au35nm@CdS5nm核壳结构纳米晶的平均产氢速率高

5、达24-1-1mmol·h·g，比同质量的CdS量子点在相同时间内产生的氢气量高1000倍以上。此外，在LSPR效应作用下，随着CdS壳层厚度的增加，核壳结构表面的LSPR逐渐减弱。辅助于FDTD理论模拟，发现了plasmon增强为主导贡献的高效光催化产氢原理。2.利用不同膦配体提供给过渡金属离子σ电子的能力不同和不同膦配体空间位阻存在差异，进而更加灵活地调节阳离子交换反应的热力学和动力学。创新性发现不同种膦配体引发下的阳离子交换反应可用于合成更精确的半导体纳米结构，尤其是新型金属/半导体核壳纳米晶和掺杂纳米晶结晶性、成分、形貌和相关的光学性质更灵活的调控。创

6、新性发现相比三丁基膦，三苯基膦（PPh3）作为一种能在空气中稳定存在、无刺激性气味的绿色试剂，可引发阳离子交换反应，合成Au@CdS和Pt@CdS纳米结构等形成较好的结晶性和清晰的界面，Au@CdS1-xSex复合异质结构中的组分，以及异价掺杂引起的高效的掺杂发光调控。关键词:核壳纳米晶；表面等离子体共振效应；光分解水制氢；阳离子交换；膦配体；掺杂纳米晶；掺杂发光IAbstractInthispaper,thesemiconductornanocrystals(NCs)andhybridnoblemetal@semiconductorcore-shellNCs

7、werestudied.Au@CdX(Xmeanschalcogen)core-shellnanocrystalsandheterovalentdopedCdSnanocrystalsweresynthesizedbythemethodsofnon-epitaxialgrowthaswellasdifferentphosphinesinitializedcationexchange.Moreover,researchonefficientphotocatalytichydrogenevolutionanddopedluminescencehadbeendone

8、.Here,wereportedaco