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题目:暴露不同晶面InP纳米线和β-Ga2O3花状结构的合成及其光催化性质研究

关键词:InP;β-Ga2O3;胶体化学法;高温溶液加热法;生长机理;活性晶面;光催化性质;光致发光性质

  摘要


本论文采用胶体化学法制备出了暴露{111}晶面和{110}晶面的InP纳米线,采用高温溶液加热法,在900℃下加热氯化镓溶液合成β-Ga2O3纳米片自组装形成的花状结构。采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱仪对产物的形貌和微结构进行了表征,研究了所制备暴露{111}晶面和{110}晶面的InP纳米线的生长过程,提出了相应的形成机理。对暴露不同晶面的InP纳米线和β- Ga2O3花状结构进行光致发光和光催化性质的探究。所制备的InP纳米线和β- Ga2O3花状结构在场效应晶体管,太阳能电池,荧光探针等光电子器件和生物标记方面具有广泛的潜在应用价值。

(1) 暴露{111}晶面的InP纳米线的合成和形成机理

在氩气气氛中,通过InCl3、P4和Na在三辛基氧膦(TOPO)和三辛基膦(TOP)溶剂中的反应,制备出了暴露{111}晶面的立方相InP纳米线。探究溶剂对产物形貌和微结构的影响,研究结果表明三辛基氧膦选择性吸附在InP晶体的(111)面上,抑制(111)晶面生长从而得到暴露{111}晶面的InP纳米线。通过对不同反应时间的产物进行表征,提出形成机理。

(2) 暴露{110}晶面的InP纳米线的合成和形成机理

在氩气气氛中,通过InCl3、P4和Na在350℃的油胺(OA)和三辛基膦(TOP)溶剂中的反应,合成出暴露{110}晶面的立方相InP纳米线。探究溶剂对产物形貌和微结构的影响,研究结果表明油胺选择性吸附在InP晶体的(110)面上,抑制(110)晶面生长从而得到暴露{110}晶面的InP纳米线。通过对不同反应时间的产物进行表征,提出形成机理。

   (3) 暴露{111}晶面和{110}晶面的InP纳米线的光致发光性质和光催化性质研究

 对暴露{111}晶面和{110}晶面的InP纳米线进行光致发光性质和光催化性质的探究。以商业InP粉末做参照物,通过降解甲基橙来探究两种InP纳米线的光催化性质。实验结果表明暴露{111}晶面的InP纳米线光催化性质最好,InP纳米结构中暴露的{111}晶面是具有高反应活性的晶面。利用周期密度泛函理论研究{111}晶面的结构和原子电荷分布,提出InP极性{111}晶面间的电荷分离模式,用以解释暴露{111}晶面InP纳米结构增强的光催化性质机理。在光致发光光谱中,暴露{111}晶面和{110}晶面的InP纳米线均在585 nm处显示了一个强的发射峰,暴露{111}晶面的InP纳米线光致发光强度高。

(4) β- Ga2O3花状结构的合成及光致发光性质和光催化性质研究

在空气气氛900℃下加热GaCl3溶液,首次在Si衬底上生长出β-Ga2O3纳米片自组装形成的花状结构。对β-Ga2O3花状结构进行光致发光性质和光催化性质的探究。室温下对所得β-Ga2O3花状结构的光致发光性能进行了测试,发现在773 nm处有一个强的红光发光。通过降解孔雀石绿来研究β-Ga2O3花状结构的光催化性质。实验结果表明β-Ga2O3花状结构是一种有效的光催化剂。