硫化铅和硫化镉纳米晶的合成与表征

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硫化铅(PbS)是一种重要的半导体材料,其能带间隙为0.41eV,具有较大的激子半径(18nm),在非线性光学器件、IR探测器、显示装置以及在太阳光伏电池等方而有很好的应用前景。在传感与检测领域,可制备成PbS纳米颗粒标记的DNA探针,对特定序列DNA片段进行识别和检测。硫化镉(CdS)是ⅡB-ⅥA族本征半导体,其禁带范围较宽,具有直接跃迁型能带结构,在太阳能转化、非线性光学、光化学电池和光催化方面具有广泛用途。因此PbS、CdS纳米材料的研究具有重要意义。采用三种方法制备了PbS纳米晶体,利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、吸收光谱和荧光(PL)光谱等测试手段对纳米晶进行了分析,并采用原位-前驱物模板-界面反应法制备CdS纳米材料以及PbS/CdS复合材料。以硝酸铅为铅源,CS2为硫源,CS2和乙二胺作为液滴模板,在CS2-H2O界面上以原位-前驱物模板-界面反应法,原位合成了PbS。TEM结果表明,所制备的PbS纳米晶直径约60nm;XRD显示,PbS纳晶为面心立方晶系;吸收光谱显示,在1680nm、1731nm出现激子吸收峰,吸收带边蓝移,呈现出明显的量子尺寸效应;PL光谱显示,用532nm激光激发,在1328nm和1516nm处出现荧光发射峰。采用超声化学的方法,以硝酸铅为铅源,硫代乙酰胺和硫脲作为硫源和稳定剂,在超声作用下,制备了PbS纳米晶。TEM表明,该方法制备的PbS样品为立方体结构;XRD图谱上衍射峰较窄,结晶状态良好;吸收光谱显示,在1675nm、1728nm出现激子吸收峰,吸收带边蓝移,呈现出明显的量子尺寸效应;PL光谱显示,用532nm激光激发,PbS在1641nm处出现荧光发射峰。采用化学还原的方法,以硝酸铅为铅源,用硼氢化钾还原硫粉提供硫源,聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,常温下制备了PbS纳米棒。TEM显示,该方法制备的PbS纳米棒的直径约为200nm,电子衍射分析显示为单晶结构;XRD测试表明,PbS纳米棒属面心立方晶系,衍射峰较窄,结晶状态良好。用原位-前驱物模板-界面反应法,原位合成了CdS空心结构及PbS/CdS复合材料。TEM结果表明,CdS纳米空心结构的直径为40~60nm;XRD测试显示,CdS纳晶属六面晶系;吸收光谱显示,在396nm有吸收肩峰,吸收带边蓝移,呈现出明显的量子尺寸效应。PL光谱显示,用213nm激发光激发,在470nm处出现荧光发射峰。PbS/CdS复合材料的XRD图谱中分别出现了PbS、CdS的衍射峰,PbS、CdS分别属面心立方晶系和六面晶系;吸收光谱显示吸收带从1800nm到200nm均有吸收。
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