CuInSe2纳米材料的可控合成、生长机理及光电性能研究

Based on the unique properties of ionic liquids (ILs) and combined with the advantages of solvothermal methods, a new method, ILs-assisted complex solvothermal route, will be used for the controlled synthesis of CuInSe2 nanomaterials. In this project, (I) ILs with special properties, served as precursors, templates, or solvents, will be applied in the synthesis of CuInSe2 nanomaterials. In the synthesis, the reaction activities of three kinds of precursors and the process of nucleation and growth can be regulated by changing the content and category of ILs, the ratio of reactants, reaction time, reaction temperature, and so on. Accordingly, the crystal structure, size, morphology, and photoelectric properties of CuInSe2 nanomaterials will be also controlled; (II) based on the synthesis process, the growth habits of the products, and the properties of the ILs, the growth mechanism of the products and the action mechanism of the ILs will be further discussed. This reaearch can pave the way for the synthesis of CuInSe2 nanomaterials and will, in turn, motivate the developments of ILs in the inorganic nanomaterials synthesis; moreover, these ILs-assisted routes may offer a novel pathway towards the synthesis of other self-assembled nanomaterial.

本项目基于离子液体的特殊性质，结合溶剂热合成技术的优点，以离子液体辅助复合溶剂热法为主要途径，探索调控合成CuInSe2纳米材料的新方法。本项目拟选择具有特殊性质的离子液体,令其在反应体系中作为前驱体、模板剂或溶剂，通过改变离子液体浓度、反应物比例、反应时间和反应温度等条件，对不同前驱体的反应活性和晶体的成核及生长进行调节，实现对CuInSe2纳米材料晶型、尺寸、形貌和光电性能等的有效调控；根据合成工艺、材料生长习性和离子液体特性等，探索产物的生长机理和离子液体的作用机理,并研究材料结构与性能的构效关系。该研究对于CuInSe2纳米材料的合成和应用具有一定的意义，并且有利于离子液体在纳米材料合成领域的发展。同时，该研究为无机纳米材料新合成途径的探索研究提供一定的科学依据。

研究表明，无机微/纳米材料的晶体结构、暴露晶面、尺寸和形貌等对其性能具有重要影响。因此，探索新合成方法，调控合成具有特殊形貌的无机微/纳米材料，不仅有利于获得性能良好的材料并赋予其特殊的物理化学特性，而且对于深入研究材料结构与性能的关系具有一定的意义。本项目基于离子液体的特殊性质，选择具有特殊功能的离子液体为模板剂，采用简单的水热合成技术，成功地制备出形貌均一的CuInSe2六方纳米片，其具有良好的结晶性和分散性，有利于其在太阳能电池等领域的实际应用。另外，本项目以复合溶剂热法为基础，采用离子液体或有机溶剂为模板剂等，调控合成出一系列具有特殊形貌和暴露晶面的二元及多元金属氧化物纳米材料和多级结构，主要包括CuO多级结构、CuO纳米片、CuO微米球、ZnO纳米棒、ZnO微米花、海胆状Nb2O5微米球、Nb2O5纳米带、α-Fe2O3空心微球、Li4Ti5O12-TiO2多级微米球、Ag-TiNb2O7微晶、TiNb6O17微米球、介孔Ti2Nb10O29微米球和多孔Ti2Nb10O29/C微米球等。获得的CuO、ZnO、Nb2O5、α-Fe2O3、Li4Ti5O12-TiO2、Ag-TiNb2O7、TiNb6O17、Ti2Nb10O29和Ti2Nb10O29/C等微/纳米材料具有优异的光催化和电化学等性能，从而在光催化和锂离子电池等领域有着巨大的应用前景。本项目对产物的晶体结构、表面结构、形貌、尺寸和物理性能等进行分析研究，深入探讨材料结构与性能的内在关系。本项目根据合成工艺、材料生长习性和离子液体及有机溶剂特性等，探索产物的生长机理和离子液体及有机溶剂的作用机理。本项目证实了离子液体及有机溶剂辅助水热法合成金属氧、硒化合物微/纳米材料的可行性，既进一步拓宽了离子液体和有机溶剂的应用范围，又为金属氧、硒化物微/纳米材料的控制合成提供了新思路和新途径。在项目执行期间，共发表研究论文13篇，均被SCI收录，其中1区文章3篇，2区文章8篇；获得国家发明专利1项。