II-VI族一维半导体纳米材料形核与生长机制研究

选择不同尺寸的Au和Ag颗粒作为催化剂、选择有代表性的II-VI族半导体材料CdS和ZnSe作为源材料，采用两种方法研究一维半导体纳米材料形核生长机制：1.利用透射电镜中的双倾加热台，原位研究纳米材料的形核生长过程；2.利用简单的热蒸发方法，控制纳米材料合成的外部条件，在不同衬底上制备长度不同的一维半导体纳米材料晶核，然后利用场发射扫描电镜观察纳米晶核的形貌，根据它们的尺寸和几何形状研究晶核的结构信息；利用透射电镜截面样品制备方法制备电镜样品，用透射电镜、能谱和元素分布图等分析手段研究形核生长阶段纳米材料显微结构、化学成分以及元素赋存状态的变化；总结归纳出不同衬底、催化剂、生长温度和真空条件下II-VI族半导体纳米材料的形核生长机制。通过对两种方法研究结果比较，总结实验规律，实现对II-VI族半导体纳米材料结构、尺寸和形貌的可控制备，为纳米材料的控制合成提供理论和实验数据。

在本项目中，我们通过选择Au作催化剂，利用一些简单的热蒸发方法制备了几种不同形貌的Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料。首次制备了ZnO/ZnS单晶外延的纳米材料阵列，并利用扫描电镜分析了材料的形貌、利用附有原位热分析样品台和能谱分析附件的透射电镜系统分析了它们的精细结构和成分变化，并通过这些分析结果详细探讨了II-VI族半导体纳米材料的形核生长机理。根据新的生长机制，设计了ZnO/ZnS核壳结构外延生长方案，制备了ZnO/ZnS核壳纳米带和纳米线；首次发现了ZnO/ZnS纳米材料的无极性外延生长机制；完善了一维II-VI族半导体纳米材料形核与生长理论。在ACS Nano、J. Phys. Chem. Lett. Nanoscale. J. Mater. Chem.等SCI收录的外文期刊上发表文章9篇，申请专利4项，其中3项专利获得批准。培养博士研究生3名，其中一名博士生获得中国科学院院长奖学金优秀奖和宝洁冠名奖。