Bi2S3纳米材料的制备及性能研讨.pdf

摘要 摘要 近年来，半导体纳米材料由于其独特的物理性质及其在光电领域的重要应 用而被广泛关注。硫化铋(Bi2S3)是一种层状结构的高度各向异性的半导体材 料，它的直接带隙能为1．3eV，具有良好的光学和热电性质而被应用到热电冷 却和光电转换器件中。纳米Bi2S3材料不仅能引起吸收波长和荧光发射峰发生蓝 移，还能产生非线性光学响应，并能增强纳米粒子的氧化、还原能力。纳米BiES3 及其组装体系具有优异的光电和催化性能，在发光材料、非线性光学材料、光 催化材料等方面有着广泛的应用前景。纳米材料的性质与其颗粒的尺寸、形貌 有着密切的关系，人们越来越关注各种材料的纳米尺度特殊形貌和纳米结构， 希望能了解结构与性能的关系，半导体纳米材料的形貌可控合成是纳米材料制 备领域的研究重点。 本文采用水热法，以五水合硝酸铋(Bi(N03)3-5H20)为铋源，不同的硫源 剂，系统地研究了各种反应条件对管状、棒状、花状等不同形貌的纳米Bi2S3 形成的影响，对不同形貌的纳米Bi2S3的形成过程、机理及其光学性能进行了研 究。论文的具体内容主要有以下几个部分： 和Na2S·9H20为原料，在不同的多元醇溶剂中成功制得备了管状的纳米Bi2S3。 实验发现、反应物的比例、溶剂种类、表面活性剂、温度和时间等因素对Bi2S3 纳米晶的形貌有影响。通过对丙三醇．水的混合溶剂中不同反应时间制备的Bi2S3 样品的分析，发现Bi2S3纳米管的形成可能是固体．溶液．固体转化过程，在上述 反应体系中，形成的NaBiS2前驱物在水热条件下的分解、结晶是Bi2S3纳米管 形成的关键。对Bi2S3纳米管的光学性能也进行了研究，紫外一可见一近红外吸收 时，Bi2S3纳米管在778nm处有一个较强的荧光发射峰。 铋源，硫代乙酰胺(CH3CSNH2)为硫源在不同的溶剂中合成了较小尺寸的Bi2S3 纳米棒。样品的形貌和尺寸受到S与Bi的比例、溶剂种类、表面活性剂、温度 和时间等因素影响。通过控制不同的条件可得到形貌均一纳米棒，并对小尺寸 l 摘要 Bi2S3纳米棒的生长过程及光学性能进行了初步讨论，发现在水热反应过程中 Bi2S3晶核沿着C轴优先生长，最终形成了一维的纳米棒的单晶结构。 源，在不同的溶剂中合成了由纳米棒组成的海胆状Bi2S3。形貌和尺寸受到S与 Bi的比例、溶剂、反应温度和反应时间等因素的影响，通过控制不同的条件可 以得到形貌均一的Bi2S3，对海胆状Bi2S3纳米材料的光学性能及生长过程进行 了初步讨论，并针对这种形貌提出了自组装原理。 化剂在不同的溶剂中合成了均一的硫化铋纳米花。Bi2S3的形貌和尺寸受到S、 Bi的比例、溶剂种类、反应温度、反应时间等因素影响。通过控制不同的条件 可得到形貌均一的Bi2S3纳米花。提出Bi2S3纳米花的生长过程可能是一个固体 一溶液一固体转化与自组装的过程，并对及其光学性能进行了研究。 实验结果表明，通过水热法可以制备出形貌均一、尺寸均匀的管状、棒状、 海胆状Bi2S3纳米结构。反应物配比、溶剂种类、表面活性剂、温度、时间等因 素对Bi2S3纳米结构的形成具有重要的影响，通过调整水热合成反应条件，可控 制目标产物Bi2S3的形貌。这些对Bi2S3纳米材料的可控合成研究具有一定的意 义。光学性质研究发现Bi2S3纳米材料对900rim以下的红外光有较强的吸收， 并在红光范围内有一个较强的荧光发射峰。Bi2S3纳米材料可能在太阳能光伏材 料和近红外荧光材料方面有较好的应用前景。 关键词：水热法；硫化铋；纳米材料；晶体生长 II Abstract Inrecent nanomaterialshavedrawnmuch years，semiconductor attention owing totheir inthewide of andelectronic uniquephysicalproperti