溶媒フリー合成法による半導体ナノ粒子の構造制御と大量合成

点击翻译按钮获取中文摘要

可視光領域にバンドギャップを持つ半導体ナノ粒子は、発光ダイオードなどの受光・発光素子あるいは光電変換素子として極めて重要な位置にあり、ナノスケールでの構造制御および大量合成技術の開発が切望されている。本研究では、可視領域に発光波長を有するCdSナノ粒子、ならびに、近赤外領域に発光波長を有するCU_xSナノ粒子に焦点を当て、金属前駆体および含カルコゲン有機分子の混合物を不活性ガス下で熱処理することにより、半導体ナノ粒子の一次構造(粒径、形状)を制御し、大量合成することを目的とした。新規硫化物半導体の新規合成法の確立のため、ステアリン酸カドミウム、1,3-ジブチルチオ尿素、1-ドデカンチオール、オレイルアミンのη-オクチルエーテル溶液を230℃に加熱することにより、CdSナノ粒子を合成した。反応時間を変化させることにより、六方晶構造を有する単分散なCdSナノ粒子が得られ、'その粒径を1.5〜3.8nmの範囲で制御することができた。これは、アミンによる1,3-ジブチルチオ尿素のC-S結合開裂の反応性が比較的低く、核形成段階をうまく制御できたためと考えられる。さらに、得られたCdSナノ粒子は量子収率60%を示し、410〜460nmの範囲でバンド端発光の発光波長を制御することが可能であった。同様の手法により、単分散CU_xSナノ粒子の合成にも成功し、ディスク状の粒子が生成していることが明らかとなった。チオールおよび1,3-ジブチルチオ尿素の添加量あるいは反応時間により、Cu_<1.75>Sナノディスクの粒径を5〜15nmの範囲で制御することが可能であり、結晶構造ならびに構造特異的な配列形成を明らかにした。加えて、二種類の硫化物半導体からなるCo_9S_8/PdS_xナノどんぐりの不安定Co_9S_8相の融合により、世界で初めて三つの相が異方的に相分離したPdS_x/Co_9S_8/PdS_xナノピーナッツの選択的合成に成功した。