无机合成论文

兴义民族师范学院

现代无机合成与制备化学论文

纳米材料的制备及硒化物纳米材料的制备、性质和应用

姓名：王荣平

学号：200940631033

指导教师：张垠

2011年11月18日

一、纳米材料的制备

绪论

纳米材料为器件的微型化、纳米化提供了材料基础，在光学、电子学、化工、环保、生物和医学等领域应用广泛，在介观物理以及纳米级器件的制作等方面应用前景广阔。近年来纳米棒、纳米管等一维纳米结构体系的研究，已经成为材料领域研究的热点之一。

纳米材料的制备方法有许多种，按制备过程的物态分类，有气相法、液相法和固相法。

关键词：纳米材料应用制备方法气相法液相法固相法

1、气相法

气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体,然后使它们在气态下发生物理或化学作用,最后凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法主要包括物理气相沉积法和化学气用沉积法。

常见的物理气相沉积法是利用加热、高频感应、激光等热源或真空蒸发促使原料气化或形成等离子体，然后骤冷沉积得到纳米材料。另一种物理气相沉积法是电极溅射法，在两电极（阴极为材料）间充入惰气，并在两电极间施加合适的电压，离解惰性气体使之形成离子

冲击阴极靶材，使靶材原子从其表面逸出形成纳米粒子,并在附着面上沉积下来。

化学气相沉积法是在远高于临界反应温度下,反应物蒸汽通过物质间的化学反应生成产物后，自动凝聚成大量的晶核，再长大聚集成颗粒，形成纳米粉体材料。这种方法常用来制备氧化物、硅化物等纳米材料。

常见的气相法有等离子体法、激光诱导化学气相沉积法。等离子体法是利用等离子体做热源来提供纳米材料合成过程所需要的能量

使原料气化或形成等离子体，然后冷却沉积得到纳米材料。激光诱导化学气相沉积法是利用反应气体分子或光敏性分子对特定波长激光的吸收引起反应，形成纳米粒子，如纳米氮化硅粉体的制备即可用此法。

2、液相法

液相法制备纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂

分离,溶质形成一定形状和大小的纳米微粒。

物理液相法是将物质的高浓度溶液雾化成小液滴，再设法使其中的物质均匀析出，从而得到纳米微粒，如冷冻干燥法。

化学液相法是以均相的溶液为出发点,经过化学反应等过程得到纳米微粒。主要的化学液相法有沉淀法、溶胶一凝胶法即胶体化学法、

微乳液法、模板法、水热法、超临界法等。

沉淀法是把沉淀剂加入到盐溶液中反应或于一定温度下使溶液发生水解，通过各种途径使溶质与溶剂分离,溶质形成一定形状和大小的颗粒,得到所需粉末的前驱体,热解后得到纳米微粒。如MgO、PbTiO3等的合成。

溶胶凝胶法是使前驱体如金属醇盐或无机盐在一定的条件下水解，形成溶胶，然后使溶胶转变为网状的凝胶，再经过适当的后处理工艺（如干燥、焙烧去除有机成分等）形成纳米材料。如TiO2、MnO2、ZrO2等的合成。

乳液法是在表面活性剂的存在下利用两种互不相溶的溶剂形成

一个均匀的乳液,颗粒从乳液中析出，并局限在一个微小的近球形液滴内成核、生长，可以避免颗粒之间进一步团聚，导致生成的颗粒非常微小，且分布均匀。常用的是微乳液法，其制备的粒子大小可控，分散性好，不易团聚。如运用微乳液法制备了纳米半导体微粒CdS、PbS和CuS等。

模板法是以合适结构和尺寸的模板为主体，让作为客体的纳米材料在模板中生长，得到粒径可控、分布均匀的纳米材料。它是以主体的结构去控制所得客体的形貌。选择合适的模板可以制备出特定形貌和尺寸的纳米材料，特别是那些难以自身生长形成的形貌。

水热法是在密闭容器内将水和反应物加热到高温高压，反应物之

间发生反应生成纳米微粒。这是制备纳米材料的一种有效方法。可以用于单分散或性能优异的纳米粉体材料的制备。如纳米氧化锌、硫化镉、硫化锌、硒化铅等的合成等。

超临界法是以有机溶剂等代替水作溶剂,在超临界条件下,于密

闭容器内制备纳米微粒。在超临界条件下,液相消失,与水热法相比，更有利于微粒的晶化与均匀成长。

利用电化学沉积的方法也可以合成性能优良的纳米微粒,特别是合成硫化物半导体。

3、固相法

固相法是通过固相到固相的变化来制备粉体。如反应物按一定的比例充分混合、研磨,通过发生固相反应及其他后处理来制得纳米超微粉。

物理固相法是将大块物质极细地分割,包括机械粉碎(用球磨机、喷射磨等)。如高能球磨法已成为制备纳米材料的一种重要方法。

化学固相法包括溶出法，热分解法,固相反应法,火花放电法等[35]。庄玉贵等用固相反应法合成了粒径为7~20nm的掺杂α-Ni(OH)2，其具有较好的放电比容量、循环稳定性和电极可逆性。对于固相反应来说，反应体系中不存在化学平衡，产率高，污染少，操作方便，合成工艺简单，同时又可以避免或减少液相中出现的硬团聚现象。

二、硒化物纳米材料的制备、性质及应用

绪论

在材料科学领域，纳米硒化物是一类性能优良的半导体材料。目前，硒化物半导体纳米材料的研究对象主要是II-VI族硒化物半导体纳米材料（如PbSe、ZnSe和CdSe），另外还包括HgSe，Ag2Se，Bi2Se3等化合物。由于其具有许多独特的光学电学性质，在光学、电磁学、光电子学、非线性光学、非线性热学、生物医学等功能材料方面具有广阔的应用前景。

CdSe材料可以广泛用作太阳能电池材料和光电子传感器外，还用于量子点激光器,光压器件以及发光二极管等。在荧光显示、生物分子标记和免疫检测等方面也具有诱人的前景。CdSe纳米材料在生物探针、燃料电池、非线性光学等领域的应用前景也引起材料学家越来越多的关注。

ZnSe半导体纳米材料在光致发光和电致发光器件、非线性热学、激光器和太阳能电池、固体显示等材料，在生物标记上也有重要的应用。

PbSe纳米晶体可以广泛应用于荧光显微镜学、光电子学、生物物理学中。PbSe禁带宽度窄，可用于生产红外光电检测、光检波器

以及喷射激光、热电材料等。PbSe也可作为中红外、远红外光谱区域的二极管激光源。PbSe在大气污染、废液、废气的自动化检测，非侵入医学诊断等方面也有广泛的应用。

Cu2-x Se之类铜硒化合物超微粒组成多样，在光学过滤器、高效太阳能电池、超离子导体和热电转换器等很多领域具有潜在的应用价值。半导体硒化铜纳米晶除可以广泛应用于光学滤波器，超离子导体，太阳能电池等领域外，在非线性光学、光电子装置等方面也具有潜在的应用价值。

CuInSe2（CIS）的光吸收与光电转换效率非常高，但电阻率较小，微小调整Cu、In、Se比值可致使其禁带宽度在1.04~1.37eV范围变化，进而引起半导体导电类型随之发生改变，是目前国内外都公认的太阳能电池中最佳吸收材料之一。实验室里已制备出光电转换效率大于18.8％的薄膜CIS太阳能电池。

此外，人们对HgSe的热电和红外光导效应、FeSe的锂电化学行为也进行了一些有益的研究工作。

总之，硒化物纳米材料的研究成为当前国内外材料领域的热点之一。

关键词：纳米硒化物制备表征荧光性质电化学性质

硒化物纳米材料的制备方法主要有：

(1)磁控溅射法：苗晔等用三元复合靶射频反应磁控溅射技术沉积CIS膜，方法新颖。该法通过改变膜厚、溅射参数和基片种类等来调节表面颗粒粒径的大小，探讨了颗粒大小对电、光等特性的影响。

(2)溶剂热法：该法类似于水热法，只是以有机溶剂代替水作为反应介质。它是利用在有机溶剂体系下设计新的合成反应来制备材料的方法，使水热技术的应用范围得到极大地拓展。

(3)光化学法：闫玉林等用光化学法合成了Cu2-x Se纳米晶，该方法环境较为友好，易于操作。在光辐照下形成了Se2-，它与从铜离子与柠檬酸钠形成的配合物离子中缓慢地释放出来的Cu2+反应，导致了Cu2-x Se纳米晶的形成。

(4)超声化学法：利用超声空化能量加速和控制化学反应，提高反应效率，引发新的化学反应。谢毅等采用超声合成的方法制备了具有空壳结构的CdSe球形粒子。

(5)模板法：可以通过选择模板很方便地合成出特定形貌的物质，特别是那些通过自身的生长难以形成的形貌。例如用模板法可以合成一维硒化物纳米材料。Gates等人利用Se纳米线为模板制得了Ag2Se纳米线。Zhang等人用单晶三方硒（t-Se）纳米管为模板制得了Ag2Se纳米管。近年来，本实验室在模板法合成方面做了初步的探讨，尝试利用此方法合成出了PbSe纳米棒等系列纳米硒化物。

(6)固相法：杨博等采用室温固相反应，合成了立方相的CdSe 纳米颗粒。该法在反应条件非常温和的情况下一步反应合成出CdSe 纳米颗粒。实验过程简单，易于控制和操作，而且不需要使用特殊的仪器和设备。

除了上述方法外，合成纳米材料的通用方法如气相沉积法法、电化学方法、水热法、微波加热法等也常被用来制备硒化物纳米材料。参考资料：

1、现代无机合成与制备化学（吴庆银著）

2、施尔畏，夏长泰，王步国，等.水热法的应用与发展.无机材料学报。

的固相3、庄玉贵,林东风，陈秀宇.掺铝、钴纳米α-Ni(OH)

2

合成及电化学性能研究.无机化学学报。

4、俞建群，贾殿赠，张校刚，等.纳米PbS的合成新方法－一步室温固相化学反应法.分子科学学报。

5、李焕勇，介万奇.一维ZnSe半导体纳米材料的制备与特

性。