II/VI族半导体纳米粒子/层状无机氧化物复合材料的软化学合成及其发光性能的研究

本研究提出采用插层、剥离及再配列软化学方法在层状无机氧化物层间原位形成II-VI族氧化物、硫化物半导体纳米粒子，从而获得半导体纳米粒子/层状无机氧化物复合材料。系统研究II-VI族半导体纳米粒子在层状氧化物层间原位形成的各种影响因素和最佳条件。在此基础上，进一步探究复合材料的发光性能，以及层状主体材料的结构、层间半导体纳米粒子的状态及尺寸对其发光性能的影响。半导体纳米粒子被包裹在高稳定性的主体层状氧化物层间后，不但纳米粒子的稳定性将会提高，其发光性能也可能会得到改善；同时，由于层板与层间纳米粒子的相互作用，所获得的复合材料还可能会出现新的发光特性；这种新型复合体发光材料将可能具有耐高温、耐酸、耐碱、抗辐射、抗氧化，不易老化等优点，这些优点使其在一些特殊环境（太空）中应用的发光器件方面具有重要的应用前景。所以，本研究既扩大了半导体纳米材料的研究和应用范围,也为层状无机氧化物开辟新的研究方向。

本项目的研究工作主要包含三大部分：第一部分是关于半导体纳米粒子/层状硅酸盐复合材料的合成及其光学性质的研究，其内容是采用离子交换及后续热处理法在层状硅酸盐δ-Na2Si2O5、Magadiite以及Octosilicate主体材料中形成ZnS、ZnO、CdS以及三元Zn1-xCdxS和Zn1-xCdxO半导体纳米粒子，以获得半导体纳米粒子/硅酸盐复合材料。然后采用各种表征技术对复合材料的组成、结构、形貌及光学性质的进行了研究。研究结果发现，半导体纳米粒子ZnS、CdS、Zn1-xCdxS以及Zn1-xCdxO成功地插入了Magadiite或Octosilicate主体硅酸盐层间；Magadiite或Octosilicate主体硅酸盐中包裹的半导体纳米粒子的尺寸为2.5~5.0nm；PL发光峰或紫外-可见漫反射带边发生了明显的蓝移现象。Magadiite或Octosilicate层状硅酸盐经质子化以及Zn或Cd离子交换后，其层板结构并没有明显受损；而层硅δ-Na2Si2O5在离子交换过程中，δ-Na2Si2O5 的层状结构塌陷，变成了非晶结构，但包裹在硅酸盐主体中半导体粒子的光学性质仍发生了明显的变化，即出现了量子尺寸效应。这些半导体纳米粒子ZnS、CdS、Zn1-xCdxS、Zn1-xCdxO、ZnO被插入层状硅酸盐中后，其化学稳定性（耐酸、耐碱、抗氧化）和热稳定性可能会得到改善，同时纳米粒子也不易团聚。这些研究结果既有利于扩展Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米粒子的应用领域；同时，也为层状硅酸盐的研究和应用开辟了新的领域。第二部分工作是关于多钨酸盐/Magadiite或多钼酸盐/Magadiite复合材料的合成及其可见光光致变色性质的研究，即以具有良好水合性能的层状硅酸盐Magadiite为主体材料，采用离子交换和剥离/再配列法将多钨酸盐或多钼酸盐纳米粒子引入其层间，以获得多钨酸盐或多钼酸盐基的复合材料。研究结果表明，即多钨酸盐或多钼酸盐基复合材料具有良好的可见光光致变色性质，而且其可见光变色的可逆性也实现了。这种可见光变色及其可逆性的实现可能与主体Magadiite材料的水合性能有关， 这为寻找新型的可见光光致变色材料提供了一个重要的实例。第三部分工作是在MgAl-LDH或ZnAl-LDH层板上掺入稀土发光离子Eu3+ 或Tb3+ 以获得Eu-doped-MgAl LDH、Eu