[发明专利]一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料性能测试领域，具体地，涉及一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法。

背景技术

半导体纳米晶由于其大的比表面积、高效的载流子传输能力、不同于体相材料又有别于一般分子的光学、电学和磁学等性质，在太阳能电池、信息存储以及发光器件等诸多领域具有广阔的应用前景，成为广大科研工作者关注的焦点。半导体纳米晶的能级结构包括组成能级的LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)，即未占有电子的能级最低的轨道和HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)，即已占有电子的能级最高的轨道。其对纳米晶的光、电学性能及在光电等领域的应用具有重要影响。不同尺寸与组分的半导体纳米晶的LUMO与HOMO不同，掌握其能带结构对解析纳米晶的电学性能及其应用具有重要意义。然而由于尺寸量子效应及表面效应的影响，半导体纳米晶的能级结构与本体材料相比有较大的差异，需要试验测定。

目前，表征半导体纳米晶能级的方法主要有吸收光谱法、量子化学计算法、光电子发射谱法等。其中，吸收光谱法操作误差较大，并且只能获得纳米晶的禁带宽度，而无法计算纳米晶的LUMO与HOMO值；量子化学计算法由于理论依据的不完善往往导致大的计算误差；光电子发射谱法则因需要使用昂贵的仪器而不被普遍采用。

循环伏安法是一种常用的电化学研究方法，是测定共轭聚合物能级结构的常用方法，通过控制电极电势的扫描速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，使电极上交替发生还原和氧化反应，记录电流-电势曲线从而获得相应的数据。循环伏安法常用来测试有机电活性层物质的带边位置。通常，借助循环伏安法测试有机物带边位置时需要配置电活性物质的溶液，实验用料多。然而由于纳米晶比较活泼，具有不稳定性，对环境比较敏感，其带边位置的测试比较困难。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法，所述方法利用循环伏安法，在惰性气体保护下，将半导体纳米晶滴覆在工作电极表面形成致密纳米晶薄膜测试半导体纳米晶的循环伏安曲线，提取循环伏安曲线中的氧化、还原起始电位值，借助公式，实现半导体纳米晶LUMO、HOMO值及能带宽度的测定，并将通过循环伏安法测定的纳米晶能带值与吸收光谱法所计算的能带值进行比对，偏差小。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、将半导体纳米晶均匀分散在非极性有机溶剂中，形成半导体纳米晶溶液；

2)、在惰性气体中，将步骤1)中所述半导体纳米晶溶液滴覆于电化学工作站的工作电极表面，在所述工作电极表面形成半导体纳米晶薄膜；

3)、在惰性气体保护下，利用电化学工作站进行扫描，获得循环伏安曲线；

4)、从步骤3)中得到的循环伏安曲线中提取与氧化峰、还原峰值对应的电势值，将半导体纳米晶的氧化峰、还原峰值对应的电势值代入公式，计算出半导体纳米晶的LUMO值、HOMO值及禁带宽度，所述公式为：

E_HOMO＝-(E′_OX+X)

E_LUMO＝-(E′_red+X)

E_gCV＝E_HOMO-E_LUMO＝E′_OX-E′_red

其中，E_HOMO是半导体纳米晶的HOMO值，E_LUMO是半导体纳米晶的LUMO值，E_gCV是通过循环伏安法得到的能带宽度，E`<sub>OX</sub>是起始氧化势能，E`_red是起始还原势能，X为常数。

根据本发明所提供的一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法，采用的是，诉述半导体纳米晶溶液的浓度为0.01M。

根据本发明所提供的一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法，优选的是，所述半导体纳米晶溶液的浓度大于0，且小于或者等于电化学工作站中电解液浓度的1/10。

根据本发明所提供的一种利用循环伏安法测定半导体纳米晶LUMO值与HOMO值的方法，优选的是，所述非极性有机溶剂为氯仿、甲苯或正己烷。