超细一维Si纳米晶的可控制备、光电性能及高压研究

The exploitation of new energy is still an important world subject. In recent years, for good utilization of solar energy, synthesis and property investigations of one-dimensional Si nanomaterials become a research focus. It's hoped that the photoelectric properties of can be improved by controlling the size and structure of one-dimensional Si nanomaterials. In this project, Ultrathin one-dimensional Si nanomaterials with tunable diameter and high crystalline will be synthesised by CVD method using micellar nanoparticles as catalyst templates, and their photoelectric properties will also be studied, which could provide guidance suggestion for the fabrication of new functional photoelectric materials; To study the change of their crystal structure,surface electronic states and photoelectroc properties under high pressure, in-situ high pressure studies will be carried out on ultrathin one-dimensional Si nanomaterials. Using high pressure tools, we can investigate the influencing factors on the photoelectric properties of one-dimensional nanomaterial in terms of atomic interaction, reveal the effects of morphologies and sizes on high pressure phase transitions, and expand the research field of high pressure structure transiton for low-dimensional nanosystems. Our project has theoretical significance for revealing the physical nature of influence on photoelectric property, and has important value to exploration and design of new photoelectric material.

新能源的开发一直是一项重大的世界性课题，近年来，以太阳能利用为目标的一维Si纳米材料的制备和性能研究成为热点。人们希望通过调控一维Si纳米材料的结构和尺寸有效提高其光电性能。本项目利用胶束法结合化学气相沉积法实现具有高结晶度，高光电转化效率的超细一维Si纳米材料（包括纳米线，纳米管以及复合材料）的可控制备，并研究其光电性能，探索提高一维Si纳米材料光电转化效率的途径；利用原位高压实验研究超细一维Si纳米材料在高压下结构、表面电子能态和光电性能变化规律，从原子角度研究一维纳米结构光电性能的影响因素，同时揭示不同形貌和尺寸对材料结构稳定性和相变规律的影响，拓展低维纳米体系下的高压结构相变研究领域。该工作不仅对于揭示影响材料光电性能的物理本质具有理论意义而且对于探索和设计新型光电材料具有重要应用价值。

一维硅纳米材料（纳米线、纳米管）在催化、半导体器件、传感器、生物系统等方面有广阔的应用前景。特别是在如今能源短缺的大背景下，为有效提高转换效率和降低成本，一维Si纳米材料的制备和性能研究成为热点。本项目中，利用胶束法结合化学气相沉积法制备了包含超细一维Si纳米材料等多种低维Si纳米材料并对其生长机制和光学性能进行了研究。发现了化学气相沉积法中反应源和金属催化纳米颗粒等反应条件和生长参数对样品结构和性能调控的基本机理。其中非晶纳米线和纳米晶粒均遵循S辅助生长机制，包覆非晶氧化硅的超细一维Si纳米晶与非晶纳米线，纳米晶粒，纳米网，纳米微球等其他材料相比光致发光性能较强。利用高压同步辐射XRD、Raman光谱，PL光谱等技术在位研究了低维Si纳米材料（纳米线、纳米晶粒、纳米棒、复合纳米结构等）的高压结构相变规律。发现了包覆非晶氧化硅的一维晶Si纳米结构独特的形貌调制高压相变特性，与普通纳米线及体材料Si的高压相变行为不同，在压力作用下其立方-四方相相变压力点明显增高。光致发光中心随压力升高呈非线性红移变化。揭示了压力条件可以调节一维Si纳米复合材料的能带结构。拓展了对非晶SiO2纳米线和一维分子筛纳米孔道结构的高压研究，发现了非晶材料高压下具有晶格振动特性，至38.6 GPa晶格振动完全湮灭。并揭示了一维纳米孔道结构稳定性与传压介质和管状孔道结构的联系。这些结果为一维纳米材料体系的合成和物性机理研究提供了新的认识，丰富了对该体系结构转变物理机制的理解，为认识纳米材料的独特物理化学特性提供了新的视角。