铅的硫族化物纳米棒的制备及其薄膜的结构及物性调控研究

Semiconductor nanocrystals have become an important calss of materials for electronics and optoelectronics and are extensively applied in field effect transistors, photodetectors, light-emitting diodes and solar cells. However, most of the study has been focused on spherical quantum dots while the quasi-1D nanorods are much less investigated. Due to natural route for transport, enhanced electric coupling and multiple exciton generation, solution process, etc., we focus on lead chalcogenide nanorods, investigating their syntheses and the new properites of their thin films. The main research includes: (1) New methods for the synthesis of PbS nanorods and the mechanism of the morphological evolution; (2) Structural, optical and electrical properties of lead chalcogenide nanorod thin films; (3) The mechanism of carrier transport of the nanorod thin film. The research of this project may provide substantial theoretical and experimental base for the applications of another class of semiconductor nanomaterials, i.e. lead chalcogenide nanorods.

半导体纳米晶已经成为一类重要的电学及光电子材料，并广泛应用于场效应晶体管、光探测器、发光二极管及太阳能电池。然而目前的研究主要集中于球形量子点薄膜，而准一维的纳米棒则研究得很少。基于天然的传输通道、增强的电学耦合及多激子产生效应、溶液工艺操控等优点，本项目以铅的硫族化物纳米棒为研究对象，研究其制备及其薄膜的新特性。项目主要研究内容包括：（1）PbS纳米棒制备的新方法及其形貌演化机理；（2）铅的硫族化物纳米棒薄膜的结构、光学和电学特性；（3）铅的硫族化物纳米棒薄膜的载流子传输机理。本项目研究将为另一类半导体纳米材料即铅的硫族化物纳米棒的应用提供坚实的理论及实验基础。

量子点是溶液工艺合成的半导体纳米颗粒，由于具有显著的量子限制效应，它们展现出常规材料所不具备的新特性，成为重要的电子和光电子材料。我们围绕量子点的可控制备开展研究，重点专注于量子点中的阳离子交换，发现了一些重要的科学现象，通过深入研究，提出了一些量子点制备的新方法。（1）提出阳离子交换制备高质量量子点的新方法，并揭示其微观过程。这种可控的各向异性过程可以用来合成现有方法无法获得的、新颖的纳米结构，成为新型光电材料制备的有力工具。（2）提出阳离子交换与Ostwald熟化相结合的新颖的量子点尺寸分布控制方法，进一步增强对量子点生长的控制。（3）首次直接制备水溶性金属硫化物量子点，为量子点的应用奠定良好的材料基础。这些研究增强了我们对量子点及其合成方法的认识，掌握了多种研究方法和技术，提供了优质的量子点材料，为后续基于量子点的应用和其他纳米材料的制备研究奠定了良好的基础。项目研究共发表包括ACS Nano在内的10篇SCI论文，申请一项发明专利。