一维纤锌矿基异质半导体纳米结构的制备及其光电特性的研究

Heterostructured semiconductor nanostructures have attrcated considerable attention due to their excellent physical properties and promising applications. ?The orientation growth, controlable syntheses and the heterostructure-related nanodevices have been a hot and difficult point up to now.In this proposal, we will use a facile solvothermal method to fabricate one-dimensional Ag2S、Ag2Se、Cu2S、Cu2Se-wurtzite heterostructured nanostructures, and finally realize the controllable synthesis of one-dimensional heterostructures with different morphology, size and composition. Moreover, we will develop a novel technology composed of micro/nanofabrication technique and dielectrophoresis method to assemble a single heterostructure into electrodes with nanogap. The optical and electric properties of a single heterostructure were systematically characterized, and effects of different external conditions including temperature, light field and electrical field on the optical and electrical transport properties will be investigated in detail. These results will illuminate the electrical transport mechanism of a single heterostructured nanostructure and the variation law of the band structure and density of states of the heterostructures affected by the mentioned external conditions.

异质半导体纳米结构因具有优良的物理性能及潜在的应用前景而受到人们广泛关注。目前，关于异质纳米结构的定向生长、可控合成以及利用其构建纳米器件一直是人们研究的热点与难点。本项目以一维纤锌矿基半导体纳米结构为研究对象，拟开展利用溶解热合成法制备一维Ag2S、Ag2Se、Cu2S、Cu2Se-纤锌矿异质纳米结构，实现一维纤锌矿异质纳米结构的形貌、尺寸、成分可控合成。同时发展一种微纳米加工技术与介电电泳法结合的新工艺，将单个异质纳米结构组装到纳米电极上。系统表征单个异质纳米结构的光、电特性，研究不同外界条件如温度、光场和电场对其电学和光学性能的影响,揭示单个异质纳米结构的电学输运性能，获得单个异质纳米结构的电输运机制以及外界条件对这些异质结构能带结构与态密度的影响规律。

半导体异质纳米结构的定向生长、可控合成以及利用其构建纳米器件一直是人们研究的热点与难点。本项目采用三步合成法制备出多种异质纳米结构。首先利用溶剂热合成法，最终合成出Ag2S、Ag2Se、Cu2S、Cu2Se等多种纳米颗粒。然后利用化学气相沉积法或溶剂热合成法制备出ZnO、ZnS、CdS、CdSe等多种六方纤锌矿纳米线。最后利用所合成的Ag2S、Ag2Se、Cu2S、Cu2Se纳米颗粒和ZnO、ZnS、CdS、CdSe六方纤锌矿纳米线为初始反应物，采用溶剂热合成法，以氢氧化钠或氢氧化钾的乙醇溶液为中间溶剂，最终合成出Ag2S-ZnO、Ag2S-ZnS、Ag2S-CdS、Ag2S-CdSe、Ag2Se-ZnO、Ag2Se-ZnS、Ag2Se-CdS、Ag2Se-CdSe、Cu2S-ZnO、Cu2S-ZnS、Cu2S-CdS、Cu2S-CdSe、Cu2Se-ZnO、Cu2Se-ZnS、Cu2Se-CdS、Cu2Se-CdSe等一维异质纳米结构。并通过改变实验条件包括初始反应物的种类、反应温度、中间溶剂、反应时间等参数，实现这些一维异质纳米结构的形貌、尺寸、成分可控。研究表明Ag2S、Ag2Se、Cu2S、Cu2Se纳米颗粒能生长在六方纤锌矿纳米线的极性端面，而不是简单吸附。此外，项目还研究了半导体纳米材料与氧化石墨烯之间的相互作用。发展了一种简易的水热合成法，制备出各种的半导体-还原氧化石墨烯异质纳米结构，并详细研究了这类异质纳米结构的形成机理、光催化、电化学催化特性，研究结果表明这类异质纳米结构具有优良的光催化、电化学催化特性，其机理在于还原氧化石墨烯所具有的良好的导电性和化学稳定性。