大尺度半导体纳米晶超晶格的制备及性质研究

以经典II-VI（CdS, CdSe，CdTe）和IV-VI族(PbS, PbSe, PbTe)半导体为主要研究对象，采用有机相合成法获得单分散纳米晶，并探索在碳膜、硅片、二氧化硅等基底上及溶液中组装出毫米级大尺度二维、三维纳米晶超晶格，为半导体纳米晶的广泛利用和研究开拓新途径。采用吸收、荧光光谱以及I-V曲线等测试手段探索随纳米晶尺寸及形貌变化，纳米晶超晶格光学及电学性质变化规律。采用金刚石对顶砧进行纳米晶超晶格高压实验，揭示高压条件下其结构、性质等变化规律和机制。本项目对推动我国纳米材料科学和高压科学这一新兴的热门前沿交叉领域起到积极作用。

我们承担的国家自然科学基金委的青年基金项目“大尺度半导体纳米晶超晶格的制备及性质研究”经过三年的探索和研究，在科研成果、人才培养和确立未来研究方向等方面取得了显著的效果，达到了预期的目的。在本基金的支持下已经发表7篇SCI论文（其中6篇影响因子>3.0），申请专利3项。另有两篇更高档次的论文正在审稿中。另有多项相关工作已经取得可喜结果并在进一步完善或总结投稿中，在未来两年内会有文章陆续发表。随着项目的进行，相继有4名博士（协助指导）和1名硕士研究生（项目负责人指导）参与该项目的研究，其中两名博士已取得博士学位。因此，不论是在纳米材料制备方面、自组装超晶格方面还是高压研究方面，均发现了大量新颖、意义重大的实验结果和现象。其中多篇论文被杂志社评选为“热点文章”、“新闻”和“TOP10”文章。比如:.1. 传统观念认为，利用溶液相方法制备半导体纳米晶必须在高温条件下才能够实现。在本项工作中，我们利用冷冻和凝固的前驱物在-20度的条件下制备出PbS半导体纳米晶。实验结果不仅打破了人们的传统观念而且为制备半导体纳米晶找到了新的思路和方法。.2. 我们成功制备出尺寸可调具有不同磁性和近紫外荧光的立方岩盐结构MnS纳米立方体超晶格。而磁性测量结果显示这些纳米立方体具有一个反铁磁的核和铁磁性的壳，并具有大的矫顽磁场。.3. 制备形貌可控的各相异性的纤锌矿MnSe纳米晶。这些MnSe纳米晶具有蓝紫色的荧光。磁性测量表明其奈尔温度随着纳米晶的尺寸减小而降低。.4. .一种简单方法直接从金属氧化物的体材料制备出相应的纳米材料。这种方法具有一定的普适性，是一种简单有效的方法制备不同金属氧化物纳米晶。.5.总结并归纳了包括锗基、锡基和铅基硫族纳米晶的制备、自组装超晶格、制备机制和应用等方面的介绍。.6. 简单制备具有高P硝基苯酚催化活性铜纳米晶。因此，这种简单方法制备的铜纳米晶可以用来替代贵金属来进行某些接触反应的应用。.7. 高压下CdSe量子点出现反常并且剧烈的荧光增强。而且这种荧光增强的范围几乎可以覆盖整个可见区域，尤其是可以获得明亮的蓝色荧光。发现的结果不但在荧光增强方面打开新的思路，而且为光压传感设备的真正实现打下了基础。.8.我们系统地研究了原位高压下不同厚度纳米片的荧光、吸收和时间分辨荧光光谱。和其他形状的CdSe纳米晶相比，显示出许多显著的不同之处。