二氧化錫納米結構強紅色發光峰的機理研究

《二氧化錫納米結構強紅色發光峰的機理研究》是依託中南大學，由潘軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：二氧化錫納米結構強紅色發光峰的機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：潘軍
• 依託單位：中南大學

項目摘要

基於半導體材料的納米線雷射器是納米材料學科的新興領域。經前期研究，申請者發現了二氧化錫納米結構的強紅色發光峰，且半高寬分別只有0.48 nm和0.62 nm，本項目主要研究強紅色雷射峰產生機理。擬運用第一性原理材料計算，實現二氧化錫納米結構的理論模型及電子結構的計算，獲得納米結構光致發光所涉及的電子軌道。以實驗為手段，研究二氧化錫納米結構的晶體缺陷對發光性質的影響規律和作用機制。在此基礎上，控制合成二氧化錫異質結構，研究異質結構的微觀形貌、表面狀態因素對光學性能的影響，闡明二氧化錫納米結構強紅色雷射峰的形成機理及影響因素。通過上述研究，拓展對納米線激射機制以及二氧化錫本徵電子狀態的理解，形成二氧化錫納米線基雷射器的技術原型，推動二氧化錫納米光學器件的套用和基於二氧化錫納米線雷射器的發展。

結題摘要

環境污染和能源短缺是目前限制人類社會發展的兩大因素，先進的能源轉換手段和先進的能源存儲技術是解決這兩大困難的有效途徑,這也是現階段國內外學者研究的重點。SnO2作為一種半導體材料因其無毒、廉價的特點被廣泛套用於光催化領域處理有機污染物，同時因其高比容量的儲鋰性能，一直被認為是高比容量負極材料的理想候選材料。但是，其自身的一些因素如極少的可見光回響、電子電導率低、充放電過程結構崩塌等問題，限制了它的實際套用。本項目立足於二氧化錫納米材料，以實驗手段，在前期研究基礎上通過調控其形貌、微觀結構實現性能調控。首先，採用CVD法和水熱法製備了多種形貌的二氧化錫納米結構，並採用HR-TEM、XPS、Raman等方法，對二氧化錫納米結構微觀晶體缺陷進行了表征，在此基礎上，製備出了二氧化錫納米線陣列，引入電漿切削技術深入探究了陣列在二氧化鈦單晶(001)基板上的生長機理，構建了生長模型；其次，針對單一SnO2存在的自身缺陷，設計合成了基於SnO2的多種納米異質結構包括SnO2@SnO2，SnO2@CdS，SnO2@C，SnO2@TiO2以及SnO2/g-C3N4，並研究了異質結構的微觀形貌、表面狀態因素對性能的影響。結果表明這些異質結構的構建，成功解決了SnO2的一些突出問題，獲得了一些重要結果和關鍵數據。例如，化學氣相沉積法製備的SnO2基一維異質結構表現出奇異的物理化學性能，通過光致發光測試，首次發現了該納米結構強紅色發光峰，並證明了SnO2中的發光中心為結構中Sn2+存在導致的缺陷和氧空位。又如，水熱法與煅燒法結合製備的SnO2@C納米複合材料，得益於C骨架良好的穩定作用，能夠適應大倍率電流的充-放電而保持結構不被破壞。再如，水熱法獲得的SnO2@TiO2、SnO2/g-C3N4納米複合材料，成功拓寬了SnO2的光譜吸收範圍，提高了其對可見光的利用效率。通過對SnO2及新型的SnO2基納米複合結構的深入研究，項目對單一SnO2納米材料存在的一些問題進行了可行、有效的解決，為SnO2納米材料的研究做出了一定的貢獻，為其他相關科研工作者提供了一些思路，同時為解決能源問題及環境問題的困擾提供了一些途徑。