Bi2Te3/Sb2Te3核壳量子点的水相可控合成及其热电性能

低维纳米复合结构化是当前提高热电材料ZT值最有效的手段之一。针对该策略中零维材料研究少、合成方法耗能高污染大以及常规烧结使样品尺寸变大等问题，本项目拟结合近期Sb2Te3量子点研究基础，采用绿色水相合成方法制备Bi2Te3/Sb2Te3核壳量子点，并深入研究该体系中保护剂的类型、pH值、反应物浓度以及外界反应条件对Bi2Te3/Sb2Te3核壳量子点尺寸分布、尺寸大小以及微结构（如核壳厚度比、壳层间界面面积和核壳层数等）的影响规律；探索放电等离子烧结方式对该核壳量子点结构及其烧结后块状样品电导率的影响,以寻求新型理想烧结工艺；阐明Bi2Te3/Sb2Te3核壳量子点的量子限域效应与核壳微结构对其热电性能的影响，并探究其内在物理机制。本项目结果将为开发可广泛实际应用的热电体系提供理论依据。

针对课题研究内容和预期目标，我们通过液相法合成出了大量形貌新颖的碲、硒、氧化物的异质纳米材料，并对其在热电性能以及光化学、磁学性能进行了研究。研究结果表明，具有这些异质纳米材料在热电、光电及催化方面都有优异的性能。. 1. 通过水热合成方法，获得了形貌均匀的“哑铃状”碲化锑-碲纳米异质结构材料。其热电转换效率均高于块状碲化锑材料和纯碲化锑纳米片。在水热条件下通过控制前驱体Bi单质转化为Bi3+的速率合成出了新颖的3D Bi2S3纳米材料。研究发现其SPS烧结块体的热电性能相比于一维结构 Bi2S3 纳米材料的功率因子调高了26%。在水热体系中，大规模（克级以上）地制备出了Cu2SnSe3 与Cu2ZnSnSe4量子点。所得的量子点在300K-550K内最高热电优值（ZT）分别约为0.32与0.46，高于或接近同类丰土元素硒化物量子点的ZT值。. 2. 利用溶剂热法成功分别合成了具有花球状形貌的α-In2Se3纳米结构、In2Se3(en)纳米空心球、FeSe2微米花和微球以及NiSe多孔纳米空心球。这些材料分别在近红外发光、磁学性能以及电化学储氢等方面均展示了优良的性能。通过离子交换的方法制取了尺寸均一的CuSe-ZnSe花状纳米复合材料。合成的CuSe-ZnSe纳米复合材料显示出在可见光照射下光催化降解有机染料甲基橙和亚甲基蓝的效率明显提高。CuSe-ZnSe花状纳米复合材料光催化活性的增强是由于从ZnSe价带到CuSe价带之间的IFCT机制的直接作用导致光电子和空穴的有效分离。. 3. 制备的CdS/Ta2O5催化剂因其可见光吸收范围宽，比表面积高以及薄结晶孔壁，使其产氢效率为非结晶态介孔CdS/Ta2O5的2倍，直接结晶的CdS/Ta2O5的4倍。此外，该类材料对亚甲基蓝有较强的吸附能力，在可见光催化的条件下，在模拟的20mg/L的亚甲基蓝废水中产氢速率为540.7 mmol h-1。通过新型的微波辅助原位合成技术成功制备了石墨烯/钒酸铋复合光催化剂。与纯钒酸铟光催化剂相比，其在可见光下对环丙沙大大提高。. 总之，我们在该项目执行期间，获得了大量较有价值的研究成果。目前已发表与本项目相关SCI学术论文18篇，申请专利5项。