基于电化学方法的大面积有序生长半导体材料的纳米尺度制造

由于半导体纳米材料具有许多独特的物理特性如小尺寸、量子限域、场效应等，近年来引起了研究人员的普遍关注。本项目旨在运用电化学方法研究在Cu，Ni，Ti和ITO等宏观尺度基体上制备ZnO/ZnS，ZnTe/CdO，CdS/CdTe，PbS/PbTe等纳米半导体材料的电极过程动力学和电化学沉积机理；着重研究具有光学、磁学功能的大面积有序生长纳米半导体材料的电化学制备以及纳米结构调控机制，通过此类半导体纳米结构形貌表征、变温X?Ray衍射相变研究和光学、磁学性能测量，探讨半导体材料的组成、纳米结构、相变与光学、磁学性能的关系，为实现半导体纳米材料的设计、制备的人工调控以及光学、磁学性能性预测提供理论依据。本项目拟建立和发展基于电化学方法的大面积有序生长半导体材料的纳米尺度制造技术，为实现纳米制造的一致性与批量化提供理论基础，对促进纳米半导体材料科学的发展及其应用具有重大意义。

2010年1月－2012年12月，在国家基金重大研究计划培育项目（90923008）的资助下，研究进展顺利，建立了在宏观基底上大面积有序生长纳米半导体材料的电化学制备方法，并针对新型纳米能源材料与环境材料开展前沿基础性研究。本项目的主要研究内容包括：（1）探索低成本生长大面积高性能柔性锰基复合电容电极材料及其柔性储能器件的组装的方法原理和技术具有十分重要的学术价值和现实意义，也是目前超级电容器研究的活跃领域。针对锰基储能材料存在的问题，沿着柔性高容量储能材料设计→微观结构分析和调制→储能性能优化→储能器件应用研究的主线，系统开展锰基纳米阵列复合新型储能材料的基础科学问题研究。相关成果分别发表在Adv. Mater.，Nano Lett.，J. Am. Chem. Soc.，Energy Environ. Sci.等国际重要学术刊物上。（2）探索和发展一种简便快速、绿色和经济的大面积生长光阳极和光催化剂材料的制备方法对解决环境污染具有重要意义。我们以太阳能光电化学电池的半导体光电极和光分解催化剂的制备、表征与光电及光催化性能研究为主要研究内容，通过各种测试技术和光电化学、光分解制氢研究手段，对ZnO、ＣeO2等纳米材料光阳极的制备、形成机理和光电、光催化性能进行了较系统的研究。相关成果分别发表在Chem. Common., J. Mater. Chem., Langmuir，Scientific Reports等国际重要学术刊物上。. 本项目在资助期内在国际知名学术刊物上发表 90923008 标注的 SCI 收录论文50余 篇，其中 IF > 9.0 的论文 10 篇，包括著名学术期刊Nano Lett. (3 篇)，Adv. Mater. (2 篇)，JACS (1 篇)，Energy Environ. Sci. (3 篇)，ACS Nano (1 篇)；5 篇论文入选 ESI- Highly Cited Papers。培养了6名博士生和4名硕士生，其中3名学生获得博士学位，1名学生获得硕士学位。这些研究结果丰富了电化学方法制备纳米材料的内容，为批量化、重复性地实现在宏观尺度基体上半导体材料的纳米制造提供了绿色和低能耗的新途径。对照研究工作计划，本项目超额完成了预期的研究目标。