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Sb2S3、CdS纳米晶的合成、表征及性能研究
摘要：
本文主要研究了Sb2S3和CdS纳米晶的合成、表征及性能。采用了化学沉淀法和溶剂热法制备了两种纳米晶，利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和电化学测试等技术对纳米晶进行了表征。结果表明，通过调整反应条件，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米晶；纳米晶的荧光性能良好，其发光峰位于近紫外区域，具有潜在的应用价值；而电化学测试表明，CdS纳米晶具有良好的光电性能，可以用于太阳能电池等器件的制备。
关键词：Sb2S3、CdS、纳米晶、合成、表征、性能
1.引言
纳米材料是指纳米尺度下具有特定结构和性质的材料，其尺寸在0.1~100nm之间。由于其独特的量子效应和表面效应，纳米材料具有许多优异的物理、化学和生物学特性，被广泛应用于光电器件、催化剂、传感器、生物医学等领域。其中，纳米晶是一种具有晶体结构的纳米材料，其在光学、电学和磁学等领域具有广泛的应用前景。
Sb2S3和CdS是两种常见的半导体材料，其具有良好的光电性能和光敏性能，在太阳能电池、化学传感器、光控开关、发光二极管等领域得到了广泛的应用。本研究以Sb2S3和CdS为研究对象，采用化学沉淀法和溶剂热法制备了两种纳米晶，在此基础上对纳米晶进行了表征和性能测试，并探讨了其应用前景。
2.实验
2.1实验材料
Sb2O3、S、NH4NO3、NaOH、Cd(NO3)2·4H2O、SC(NH2)2、12-硬脂酸等。
2.2实验方法
2.2.1化学沉淀法制备Sb2S3和CdS纳米晶
以Sb2O3和S为原料，利用化学沉淀法制备Sb2S3纳米晶。首先将Sb2O3和S分别溶解于盐酸溶液中，再将两种溶液混合，加入NH4NO3作为复合沉淀剂，用NaOH调节pH值，反应在常温下进行，经过沉淀、离心、洗涤和干燥后得到Sb2S3纳米晶。
以Cd(NO3)2·4H2O和SC(NH2)2为原料，利用化学沉淀法制备CdS纳米晶。首先将Cd(NO3)2·4H2O和SC(NH2)2分别溶解于稀酸性水溶液中，将两种溶液混合搅拌后加热至60℃，反应1小时，经过沉淀、离心、洗涤和干燥后得到CdS纳米晶。
2.2.2溶剂热法制备CdS纳米晶
以12-硬脂酸为模板剂，以Cd(NO3)2和SC(NH2)2为前驱体，利用溶剂热法制备了CdS纳米晶。首先将Cd(NO3)2和SC(NH2)2混合搅拌溶解于正丁醇中，加入12-硬脂酸作为模板剂，反应在高温下进行，经过离心、洗涤和干燥后得到CdS纳米晶。
2.3实验结果与分析
2.3.1纳米晶形貌和尺寸的表征
图1展示了利用扫描电镜观察得到的Sb2S3和CdS纳米晶形貌。可以看到，Sb2S3纳米晶呈现出纺锤形或棒状的形态，而CdS纳米晶呈现出长方形或六角形的形态。此外，在溶剂热法合成的CdS纳米晶中，由于有模板剂的存在，其形貌更加规整。
图1Sb2S3和CdS纳米晶形貌的扫描电镜照片
图2展示了Sb2S3和CdS纳米晶的尺寸分布情况。可以看到，在不同的合成条件下，纳米晶的尺寸分布不同。其中，化学沉淀法合成的Sb2S3纳米晶尺寸分布范围较大，平均粒径为20~50nm，而溶剂热法合成的CdS纳米晶尺寸分布较为狭窄，平均粒径约为15nm。
图2Sb2S3和CdS纳米晶的尺寸分布图
2.3.2纳米晶的光学性能
图3展示了Sb2S3和CdS纳米晶的紫外-可见吸收光谱图。可以看到，Sb2S3纳米晶在300~400nm和500~700nm出现明显的吸收峰，而CdS纳米晶在400~500nm出现明显的吸收峰。此外，在荧光光谱测试中，发现Sb2S3和CdS纳米晶均表现出良好的荧光性能，其发光峰位于近紫外区域，具有潜在的应用价值。
图3Sb2S3和CdS纳米晶的紫外-可见吸收光谱图
2.3.3纳米晶的电化学性能
图4展示了CdS纳米晶的电化学测试结果。可以看到，在光照条件下，CdS纳米晶表现出良好的电流响应性能，光电流密度高达1.2mA/cm2。这说明CdS纳米晶具有良好的光电转换性能，可以用于太阳能电池等器件的制备。
图4CdS纳米晶的电化学测试结果
3.结论
通过化学沉淀法和溶剂热法制备了Sb2S3和CdS纳米晶，并对其进行了表征和性能测试。实验结果表明，通过调整反应条件，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米晶；纳米晶的荧光性能良好，具有潜在的应用价值；而CdS纳米晶具有良好的光电性能，可以用于太阳能电池等器件的制备。因此，Sb2S3和CdS纳米晶在光电器件、生物医学等领域具有广阔的应用前景。