铜硫属化合物空心纳米结构的设计、制备与相关性能研究

作     者：陈章贤 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张卫新

授予年度：2009年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：空心纳米结构 铜硫属化合物 氨气传感 异质结构 电化学性能 

摘      要：铜的硫属化合物作为一类重要的半导体材料,在太阳能电池、纳米开关、热电转换器、电极材料、催化和超离子导体等方面具有广阔的应用前景。 本课题组在前期工作中,成功制备了Cu7S4、Cu2-xSe双层纳米管阵列。本文在此基础上进一步设计和制备了多种空心结构铜硫属化合物纳米材料,包括单层和双层Cu7S4纳米盒子,Cu7S4纳米十八面体,单层Cu2-xSe纳米空心球,Cu2-xSe/Cu7S4异质纳米空心球和Ag3CuS2纳米笼子。着重研究了形成双层和异质等结构后产物的相关性能变化特点,并就性能与结构的关系进行了分析。主要内容如下: 1.发展了制备Cu7S4双层纳米结构的方法,并将其应用于气体传感研究。以Cu2O纳米方块为模板控制合成了壁厚约20 nm,边长约400 nm且形貌规则的单层Cu7S4纳米盒子。同时以Cu2O纳米方块为模板,采用“内向化学刻蚀法控制合成了具有同样外形尺寸和壁厚的双层Cu7S4纳米盒子,并检测了单、双层Cu7S4纳米结构的荧光性质。以合成的Cu7S4纳米盒子为传感材料制作了氨气传感器,于室温下测试了产物的氨气传感性能。结果表明双层Cu7S4纳米盒子相比单层盒子对氨气的传感性能有了较大程度的提高,具有更高的灵敏度、更高的稳定性以及更短的响应时间。双层结构以及内部盒子独特的粗糙表面是导致其对氨气传感性能提高的重要原因。同时对氨气传感机理进行了探讨。 2.拓展了“内向化学刻蚀法,以Cu2O纳米球为模板制备了直径约280 nm、壁厚约20 nm的Cu2-xSe纳米空心球。在此基础上控制合成了具有同样外形尺寸和壁厚的Cu2-xSe/Cu7S4异质纳米空心球。并检测了其光学和电化学性质变化特征。研究发现Cu2-xSe/Cu7S4异质纳米空心球的紫外光谱吸收峰与单一组分Cu2-xSe相比发生了明显的红移,而荧光发光峰则发生了蓝移现象。电化学检测结果表明其在微量罗丹明B检测方面具有较好的应用前景。Cu2-xSe/Cu7S4异质纳米空心球与单一组分Cu2-xSe纳米空心球的光学及电化学性能显著不同,本文对其机理进行了初步探讨。 3.制备了一种新颖的Ag3CuS2空心纳米结构,并将其应用于气体传感。以Cu2O纳米方块和Na2S反应控制合成了尺寸约为400 nm的Cu7S4纳米十八面体,合成方法简单,不需要借助加热或任何表面活性剂的作用。以AgNO3和所制备的Cu7S4纳米十八面体为反应物,通过简单的液相离子交换反应控制合成了新颖的具有中空结构的Ag3CuS2纳米笼子。测试了Ag3CuS2空心纳米结构与实心结构室温下的荧光光谱和对氨气传感性能。研究发现Ag3CuS2空心纳米结构具有与实心结构显著不同的荧光特征,且其对氨气传感性能得到了一定程度的提高,具有更高的灵敏度以及更短的响应、恢复时间。空心结构是导致其气体传感性能提高的重要因素。