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铜掺杂二硫化锡纳米片(Cu/SnS2)的实验研究

发布时间：2021-05-26 作者：axc 分享到：

铜掺杂二硫化锡纳米片(Cu/SnS2)的实验研究

金属硫化物在光学、电子和超导体方面有很广泛的应用。二硫化锡(SnS具有半导体特性,它的结构在二维和三维晶体之间,展示了强的各向异性和**的光学特性。同时SnS2是CdI2结构,宽带能隙大约为2.35eV,可用作太阳能电池材料,也可应用于全息记录系统和电转换系统,最近又有人把它作为锂离子电池的阳极材料。此外我们发现经过Zn掺杂可明显降低SnS2薄膜的电阻率

在本实验中,我们利用水热法合成了系列Cu掺杂的SnS2样品,对其形貌、结构及磁特性进行了研究。Cu是一种非磁性元素,利用其掺杂可以在非磁性半导体SnS2中获得本征的室温铁磁性,这将会为理解稀磁半导体磁性来源以及实现对其铁磁性的控制产生极具指导性的意义。

〖制备〗

将1-xmolSnCl4·5H2O(x=0,0.01,0.025,0.05,0.07,0.10)、4mol硫代乙酰胺(TAA)及xmolCuCl2·2H2O在室温条件下加入到30ml去离子水中,搅拌大约30分钟,等混合均匀后再加入NaOH将溶液pH调至6.5,搅拌40min。将溶液转至50mL的聚四氟乙烯容器中,放入高压反应釜中密封,放入烘箱中在200℃反应24h后,等待反应釜自然冷却至室温。将自然冷却后的溶液转入烧杯用去离子水反复沉淀、洗涤,至上层溶液清澈时,再放入

烘箱中,在70℃下干燥12h,再自然冷却至室温,收集样品。根据加入二水氯化铜的量不同,得到Sn1-xCuxS2(x=0,0.01,0.025,0.05,0.07,0.10)纳米片。

〖检测〗

采用X射线衍射仪(XRD,X'PertPROPHILIPSwithCuKαradiation)对粉末样品进行物相分析,利用高分辨透射电镜(HRTEM,TecnaiTMG2F30,FEI,USA)观察样品的形貌,利用X射线光电子能谱(XPS,VGESCALAB210)分析样品内元素及化合价态,利用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁特性进行了表征。

〖结果与讨论〗

1.XRD结果及分析

图1所示为Cu掺杂SnS2纳米片的XRD衍射图谱,可以看到所有样品的衍射峰都对应于2H-型六角的SnS2(a=b=3.645Å,c=5.901Å,JCPDS89-2358)结构。当Cu掺杂量为10%时,在XRD的测试精度内没有观察到其他的杂相出现,且Cu掺杂后样品具有明显的(001)取向。从图1b所示的(001)衍射峰的放大图可以看到,随着Cu掺杂量的增加,衍射峰逐渐向低角度偏移,这是由于Cu离子半径大于Sn离子半径而引起的（Sn4+~0.69Å,Cu2+~0.73

Å）,此结果进一步表明样品中的Cu离子掺杂到了SnS2的晶格中代替了Sn离子的位置。

2.TEM结果及分析

我们利用透射电镜观察了样品的形貌,结果显示所有的样品都呈现出六角片状结构。图2a给出了样品Sn0.075Cu0.025S2的TEM结果。从(b),(c)及(d)所示的HRTEM结果可以看到。样品呈多晶结构,在(d)图所取得范围内样品沿着(101)取向生长。

3.XPS结果及分析

利用XPS对样品的化学组分进行了分析,结果表明所有的样品都只是含有Sn、S、Cu这三种元素(纯的SnS2中无Cu元素),其中C和O元素来在于测试时样品表面吸附的一些H2O及CO2。图3a给出了样品Sn0.075Cu0.025S2的XPS全谱图,结果显示在XPS的测试精度内没有观察到其他杂质元素出现。另外,从元素的高分辨XPS谱图结果可以得到：Sn3d3/2和Sn3d5/2的结合能分别为495.0和486.6eV,表明样品中的Sn元素呈+4价;而S2p1/2和