CdS/SnO2的合成表征和荧光性能研究

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摘要：本文采用两步化学方法成功制备了CdS纳米线和SnO2纳米颗粒（CdS NW/SnO2 NP)纳米异质结结构。经过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、透射电子显微镜（HRTEM）和X射线衍射仪（XRD）对实验获得的异质结构的形貌、结构等进行表征。结果表明实验得到的SnO2纳米颗粒粒径为几个纳米，聚合生长在CdS纳米线的表面。我们对得到的CdS纳米线和CdS NW/SnO2 NP纳米异质结的室温PL光谱进行了对比研究，相对于CdS纳米线在524nm处的较强的近边带发光峰波段，CdS NW/SnO2 NP纳米异质结有一明显的蓝移现象。这种蓝移现象可能与实验中CdS纳米线掺杂了少量的杂质Sn有关。52930

毕业论文关键词：CdS NW/SnO2 NP，纳米异质结构，荧光性能，蓝移现象

Abstract：In this study, CdS nanowire (NW)/SnO2 nanoparticle (NP) nano-heterostructures were successfully synthesized through a facile two-step chemical solution methods. The morphologies and microstructure of the obtained nano-heterostructures were characterized with scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-ray diffraction (XRD), showing that SnO2 nanoparticles with size of about several nanometers grew on the surface of CdS nanowires. Room temperature photoluminescence spectra of the obtained CdS nanowires and CdS NW / SnO2 NP nano-heterostructures were investigated for comparison. The results showed that near-band-edge emission band at 524 nm of CdS has a blue shift for CdS NW / SnO2 NP nano-heterostructure, which probably result from the Sn doping in CdS nanowire.

Keywords：CdS nanowire (NW)/SnO2 nanoparticle (NP), nano-heterostructures, fluorescence properties, blue shift phenomenon

1 引言·5

2 实验部分·5

2.1 试剂与仪器·6

2.2 CdS/SnO2复合纳米材料的制备6

3 结果与讨论·6

结论11

参考文献12

致谢13

1 引言

随着社会的快速发展，科学研究和社会生活等领域对于材料的要求越来越高，人类的科技文明已然从微米时代逐步进入到纳米时代，多年来一维纳米材料一直是材料研究领域的热点。一维纳米材料是指在两个维度方向上为纳米尺度而在另一维长度上为宏观尺度的纳米材料，其包含纳米棒，纳米线，纳米管以及纳米带等各不一样的形貌结构。由于纳米材料尺寸很小，导致量子尺寸效应十分显著，因此表现出与常规材料截然不同的光、电、磁特性[1]。正是由于这些特性使一维纳米材料在传感、光学、光催化、信息以及医学等领域均拥有广阔的应用前景，随着不断深入地研究与制备一维纳米材料，目前各种半导体氧化物、金属以及聚合产物等一维纳米材料层出不穷，制备方法也多种多样[2]。尽管前人制备了大量不同种类的纳米材料同时也挖掘出了相应纳米材料的诸多性能，但是科技是不断向前发展的，随着科研人员的不断努力探究，我相信会有越来越多未被发现的纳米材料与应用性能公诸于众。本文主要研究的就是通过CdS与SnO2的复合检测其复合纳米材料的荧光性能是否产生新的变化。CdS是一类II–VI半导体纳米材料，其具有闪锌矿相和纤锌矿相两类同素异形体结构，它们的带隙分别为2.4eV和2.47eV,CdS纳米粒子具有独特的光电化学性能、半导体量子化特性、丰富的发光色彩以及直接跃迁型能带结构[3,4]。因此它的应用面非常广泛，例如，在光催化、太阳能转化、光化学电池、生物检测以及非线性光学等[5,7]方面具有广泛的应用。制备CdS纳米粒子的方法日趋成熟，新的制备方法层出不穷[6,8]。SnO2是一种宽带隙N型半导体氧化物，带隙为3.6eV，纳米级数的SnO2具有优异的气敏特性以及光电性能，在气敏元件、太阳能电池和催化材料等方面具有潜在应用价值。制备SnO2纳米粒子的方法包括溶胶凝胶与水热法[9]、水热沉积法[10]、化学沉积法等等[11-13]。CdS纳米材料与SnO2纳米材料均具有上述诸多优异的性能，那么如果将二者结合生成CdS/SnO2复合纳米材料是否会产生新的优异性能或者对其原本具备的优异性能起到强化作用呢？下面本文通过对CdS/SnO2复合纳米材料的荧光性能研究来探讨这个问题。CdS纳米线受其表面杂质及表面缺陷影响，其荧光效率大大降低，对于这一情况前人多以研究制备了CdSe/CdS 、CdS/ZnS、CdSe/ZnS等核壳型复合材料，修复单一物质的表面缺陷使其荧光效率大大提高。本文通过SnO2纳米粒子聚合生长在CdS纳米线表面以修饰CdS本身的结构缺陷，通过对CdS/SnO2复合材料的表征及PL光谱对比研究，检验上述两种纳米材料的复合能否产生更好更稳定效率更高的发光性能。