一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构的一步可控合成及其肖特基势垒栅调控的光电特性研究

本项目拟根据材料学、化学、能带理论和晶体生长理论设计，一步合成新型一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构，保证体系的均匀性，可调控体系的尺寸、比例、密度和界面结合状态，并建立新的生长模型。基于微纳电子技术构建薄膜型和单根型微纳器件，研究其界面肖特基势垒栅调控的电输运性质，并进一步得到新的光电特性，同时充分发掘多功能特性，揭示肖特基势垒、尺寸效应、限域效应、贵金属催化活性、表面吸附等机制对其光电特性的影响，在微观层面建立新的理论模型，并预测贵金属/氧化物异质纳米结构的光电特性。制备多种新型一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构，获取其光电特性，揭示其蕴含的物理本质，在宏观层面上为新型纳米光电功能材料的设计提供新的学术思想。本项目的开展可以为纳米复合材料和纳米器件在光电领域的应用奠定实验和科学理论基础。

本项目按原定计划开展了研究，并取得了预期的研究成果，已全面地完成了预期的考核目标。到目前为止，本项目在国外SCI检索期刊上发表研究论文39篇。培养硕士研究生14人，培养博士研究生2人。具体成果为：（1）一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构的可控制备和生长机制。以高温高压的液相技术为基础，基于能带理论设计，一步合成了几种新型的一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构。在一维氧化物纳米结构的生长环境中预先加入H2PtCl6、HAuCl4或HPdCl3（HCl+PdCl2），主要合成了Pt、Pd、Au纳米颗粒包覆的ZnO、SnO2等一维纳米结构，实现了肖特基势垒在单根纳米线上的均匀分布。通过调整生长环境（有机、无机、极性、非极性、酸碱度、浓度等）和工艺参数（温度、时间、表面活性剂等），从而调控了体系的尺寸、比例、密度和界面结合状况。通过细化实验条件，开展了多阶段考察，在微结构分析的基础上，对其晶体生长和异质结形成同时进行的机制开展了深入的研究，建立了新的生长模型。（2）一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构的新光电特性和多功能特性。利用光致发光光谱仪、拉曼光谱仪和吸收光谱仪等，测量表征了一维贵金属/氧化物径向异质纳米结构的光学特性；构建了薄膜型和单根型微纳器件，利用晶体管特性测试系统测量表征了异质纳米结构的电输运特性；测量了其对外界光照（紫外、绿激光）的响应，得到了光电响应特性；在不同气氛和压强下，迅速测量得到了其光电导变化量的差别；还深入研究了其多功能特性，包括电阻式气敏传感过程，压电—气敏传感过程（压电效应对外界气氛的响应），还包括异质结构的储锂特性（异质结构的协同效应使得储锂容量远超理论值），以及异质结构的压电—电化学特性。（3）物性可调的物理本质及理论模型。结合肖特基势垒栅调控作用、小尺寸效应、限域效应、贵金属催化活性、表面吸附、压电效应、氧离子形态转变等相关理论，在测量数据的基础上，分析了新物理特性所蕴含的物理本质，建立了新的理论模型，包括：异质结构电导率式气敏传感模型，储锂协同效应模型，压电—电化学过程模型和压电—气敏传感模型。