半导体纳米材料及其复合结构材料表现出独特的物理化学性质，如尺寸、表面和结构（面心立方、体心立方和密排六方）等。这些半导体纳米材料开辟了许多研究领域的新途径成为材料科学与工程中极其重要的一个分支。将金属纳米团聚物生长在具有独特物理化学性质的半导体材料上，由于材料具有的复杂结构使得其在光催化、化学分析、传感器、微电子等领域具有广阔的应用前景。在近几十年的文献分析中，半导体纳米材料和其衍生材料被广泛报道，并被成功地应用在不同领域中。
半导体纳米材料及其复合结构材料能够被许多因素影响（如化学成分和尺寸等）。因此，通过简单可靠的手段就可以制备合成半导体纳米材料，这对各种半导体异质结构的合成具有重大的指导意义。迄今为止，半导体纳米材料的可控合成仍是纳米材料可控合成领域的热点问题。
目前，基于Ag，、Au，Pt，Pd，Cu的各式各样的半导体纳米材料的合成已经被成功报道。金属纳米粒子在半导体纳米材料上生长形成一种新型的金属异质结构纳米材料。银-碘化银、碘化亚铜纳米片就是新型的半导体纳米片材料。通过增加前驱物的浓度，银纳米颗粒在纳米片的一侧生长使其变得粗糙，而另一侧保持相对光滑。使用相同的办法，将银的前驱体替换为铜的前驱体，将乙二醇替换为水，保持其他条件不变，一面光滑一面粗糙的碘化亚铜纳米片就会被得到。
通常引入这种新型结构是复杂的且高成本的，相比之下，我们使用的是较为简易的软模版法，易操作，低成本，可靠且时间短。除了开发这种新型的纳米材料外，这种新型复合结构银-碘化银和碘化铜半导体纳米片在降解有机污染物、催化和生物传感器等方面具有优异的性能。因此，提高其催化活性和稳定性仍是科研工作的一大挑战。在本论文中，利用简单可靠的方法制备了一面光滑、一面粗糙银-碘化银、碘化铜纳米片，并对它们在光降解、催化和传感等方面的性能进行了研究。具体内容如下：
1）银-碘化银复合结构纳米片
（1）用简单可靠的一步法在溶液中可控合成了银-碘化银异质结构纳米片材料，在银-碘化银纳米片形成的初始阶段，碘化银优先在乙二醇-碘化钾软模版上形核形成纳米团聚物，纳米团聚物之间相互结合形成多孔纳米片，随着碘化银加入量的增多，多孔纳米片结构逐渐转变成具有光滑表面的固态纳米版结构。在反应的最终阶段，碘离子被耗尽。这种情况下，溶液中多余的银离子会吸附在纳米片的一侧并逐渐被乙二醇还原并最终形成蜂窝状结构。然而，碘化银另一侧由于附着在乙二醇-碘化钾软模版上而没有银离子的吸附，表面较光滑。这样，非对称的银-碘化银异质结构产生。事实上，已经发现软模版在纳米片的形成尤其是非对称表面的形成中起着极其重要的作用。当保持其他条件不变，降低前驱体浓度即醋酸银浓度，发现形成的纳米片尺寸相同且纳米片的两侧均较光滑。使用相同的方法，合成了不同形貌、不同厚度、不同疏密的银-碘化银纳米片。利用场发射扫描电镜、场发射透射电镜、X射线衍射对异质结构纳米片的形貌、结构、成分进行了分析。
（2）在可见光条件下，利用纳米片对罗丹明B染料和亚甲基橙的降解，测试了碘化银纳米片对污染物的降解能力。实验结果表明，与表面光滑、稀疏、厚度较大的银-碘化银纳米片以及商业用的纳米二氧化钛(P25)相比，一面粗糙、一面光滑的银-碘化银薄片的催化降解效果更优异。混合的银-碘化银的催化活性在使用三次后会迅速衰减，然而具有异质结构的银-碘化银材料不仅具有很强的催化活性还具有超强的催化稳定性。它的催化活性在重复使用3次以后仍然很高，因此它可以用作良好的光催化剂。通过分析特殊情况下银和碘化银之间形成的一侧光滑和另一侧粗糙的特殊结构，解释了异质结构的银-碘化银具有高催化活性和稳定性的原因。
（3）通过对硝基苯酚的降解测试了碘化银半导体纳米片的催化性能。试验结果表明，在银-碘化银异质结构的粗糙面上，随机分布的、不稳定的六方纳米团聚物的催化性能比其他催化剂如光滑的碘化银纳米片、面心立方银-碘化银纳米片和面心立方银纳米粒子的催化性能优异。不稳定密排六方的银-碘化银纳米片的活化能为19.08　kJ/mol。通过分析银-碘化银异质结构粗糙面的银纳米颗粒，研究了银-碘化银异质结构高催化活性和高稳定性的原因。
2）碘化亚铜纳米片
（1）用简单可靠的一步法在溶液中可控合成了碘化亚铜纳米片材料，基于实验结果提出了碘化亚铜的生长过程。在反应开始的初始阶段，碘化亚铜优先在水-碘化钾软模版上形核形成纳米团聚物，纳米团聚物之间相互结合形成多孔纳米片。碘化亚铜另一面在生长过程中由于直接与软模版接触而使得表面较光滑，因此，形成了非对称性的碘化亚铜纳米片材料。事实上，已经发现软模版在纳米片的形成尤其是非对称表面的形成中起着极其重要的作用。增加前驱体浓度即氯化铜浓度，保持其他参数恒定，成功合成纳米花状碘化铜和碘化铜纳米粒子。利用场发射扫描电镜、场发射透射电镜、X射线衍射对异质结构纳米片的形貌、结构、成分进行了分析。
（2）通过循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)对碘化铜半导体纳米片的葡萄糖传感性能进行测试。基于CV和CA曲线，计算碘化铜纳米片基的电极灵敏度。计算结果表明：单面粗糙、其他面光滑的碘化亚铜纳米板的灵敏度为336.05µAmM-1cm-2，其灵敏度约为其它碘化铜基电极的20倍，葡萄糖传感特性较高。高的葡萄糖传感性能的原因在于其独特的结构形貌：一面光滑，一面粗糙。葡萄糖的传感性能主要取决于材料结构形态。通过分析碘化亚铜纳米片的特殊结构，对其性能优异的原因进行解释。

关　键　词：密排六方银纳米团聚物；半导体纳米材料；米片；非对称结构；性能

论文类型：应用基础