[發(fā)明專利]一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110303838.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN102928480A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 欒偉玲;付紅紅;袁斌霞;侯曉卿;涂善東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/26
• 分類號(hào): G01N27/26
• 代理公司: 上海三和萬國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31230
• 代理人: 侯佳猷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料性能測(cè)試領(lǐng)域，具體地，涉及一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體納米晶由于其大的比表面積、高效的載流子傳輸能力、不同于體相材料又有別于一般分子的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等性質(zhì)，在太陽能電池、信息存儲(chǔ)以及發(fā)光器件等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，成為廣大科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。半導(dǎo)體納米晶的能級(jí)結(jié)構(gòu)包括組成能級(jí)的LUMO(Lowest?Unoccupied?Molecular?Orbital)，即未占有電子的能級(jí)最低的軌道和HOMO(Highest?Occupied?Molecular?Orbital)，即已占有電子的能級(jí)最高的軌道。其對(duì)納米晶的光、電學(xué)性能及在光電等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要影響。不同尺寸與組分的半導(dǎo)體納米晶的LUMO與HOMO不同，掌握其能帶結(jié)構(gòu)對(duì)解析納米晶的電學(xué)性能及其應(yīng)用具有重要意義。然而由于尺寸量子效應(yīng)及表面效應(yīng)的影響，半導(dǎo)體納米晶的能級(jí)結(jié)構(gòu)與本體材料相比有較大的差異，需要試驗(yàn)測(cè)定。

目前，表征半導(dǎo)體納米晶能級(jí)的方法主要有吸收光譜法、量子化學(xué)計(jì)算法、光電子發(fā)射譜法等。其中，吸收光譜法操作誤差較大，并且只能獲得納米晶的禁帶寬度，而無法計(jì)算納米晶的LUMO與HOMO值；量子化學(xué)計(jì)算法由于理論依據(jù)的不完善往往導(dǎo)致大的計(jì)算誤差；光電子發(fā)射譜法則因需要使用昂貴的儀器而不被普遍采用。

循環(huán)伏安法是一種常用的電化學(xué)研究方法，是測(cè)定共軛聚合物能級(jí)結(jié)構(gòu)的常用方法，通過控制電極電勢(shì)的掃描速率，隨時(shí)間以三角波形一次或多次反復(fù)掃描，使電極上交替發(fā)生還原和氧化反應(yīng)，記錄電流-電勢(shì)曲線從而獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。循環(huán)伏安法常用來測(cè)試有機(jī)電活性層物質(zhì)的帶邊位置。通常，借助循環(huán)伏安法測(cè)試有機(jī)物帶邊位置時(shí)需要配置電活性物質(zhì)的溶液，實(shí)驗(yàn)用料多。然而由于納米晶比較活潑，具有不穩(wěn)定性，對(duì)環(huán)境比較敏感，其帶邊位置的測(cè)試比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法，所述方法利用循環(huán)伏安法，在惰性氣體保護(hù)下，將半導(dǎo)體納米晶滴覆在工作電極表面形成致密納米晶薄膜測(cè)試半導(dǎo)體納米晶的循環(huán)伏安曲線，提取循環(huán)伏安曲線中的氧化、還原起始電位值，借助公式，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體納米晶LUMO、HOMO值及能帶寬度的測(cè)定，并將通過循環(huán)伏安法測(cè)定的納米晶能帶值與吸收光譜法所計(jì)算的能帶值進(jìn)行比對(duì)，偏差小。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)、將半導(dǎo)體納米晶均勻分散在非極性有機(jī)溶劑中，形成半導(dǎo)體納米晶溶液；

2)、在惰性氣體中，將步驟1)中所述半導(dǎo)體納米晶溶液滴覆于電化學(xué)工作站的工作電極表面，在所述工作電極表面形成半導(dǎo)體納米晶薄膜；

3)、在惰性氣體保護(hù)下，利用電化學(xué)工作站進(jìn)行掃描，獲得循環(huán)伏安曲線；

4)、從步驟3)中得到的循環(huán)伏安曲線中提取與氧化峰、還原峰值對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值，將半導(dǎo)體納米晶的氧化峰、還原峰值對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值代入公式，計(jì)算出半導(dǎo)體納米晶的LUMO值、HOMO值及禁帶寬度，所述公式為：

E_HOMO＝-(E′_OX+X)

E_LUMO＝-(E′_red+X)

E_gCV＝E_HOMO-E_LUMO＝E′_OX-E′_red

其中，E_HOMO是半導(dǎo)體納米晶的HOMO值，E_LUMO是半導(dǎo)體納米晶的LUMO值，E_gCV是通過循環(huán)伏安法得到的能帶寬度，E`<sub>OX</sub>是起始氧化勢(shì)能，E`_red是起始還原勢(shì)能，X為常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明所提供的一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法，采用的是，訴述半導(dǎo)體納米晶溶液的濃度為0.01M。

根據(jù)本發(fā)明所提供的一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法，優(yōu)選的是，所述半導(dǎo)體納米晶溶液的濃度大于0，且小于或者等于電化學(xué)工作站中電解液濃度的1/10。

根據(jù)本發(fā)明所提供的一種利用循環(huán)伏安法測(cè)定半導(dǎo)體納米晶LUMO值與HOMO值的方法，優(yōu)選的是，所述非極性有機(jī)溶劑為氯仿、甲苯或正己烷。