水热法合成CuInS2纳米颗粒及其光电探测器应用研究

为解决传统合成方法复杂、毒性高的问题，研究人员通过水热法成功制备了CuInS2（CIS）纳米颗粒，并系统表征了其形貌、结构及光电性能。研究证实CIS纳米颗粒具有1.68 eV的直接光学带隙和p型导电特性，其制备的光电探测器在10 mW/cm2光照下探测率达7.294×108 Jones，为环保型光电器件开发提供了新思路。

　　

在追求绿色能源与可持续发展的时代背景下，光电探测器作为光信号转换的核心元件，其材料选择至关重要。传统半导体材料如CdTe虽性能优异，但存在毒性高、资源稀缺等问题。而I-III-VI₂族黄铜矿结构材料CuInS₂（CIS）因其1.5-1.7 eV的理想带隙、高光吸收系数及环境友好特性，成为研究热点。然而，现有合成方法如磁控溅射、热解法往往需要高温高压或剧毒硫化氢，制约了其实际应用。

针对这一挑战，C.B. Patel计算机学院与J.N.M. Patel理学院的研究团队创新性地采用水热法，在温和条件下成功制备了CIS纳米颗粒。通过场发射扫描电镜(FESEM)观察到均匀的纳米结构，X射线衍射(XRD)证实其四方晶系结构，Debye-Scherrer公式计算显示平均粒径为52.98 nm。尤为重要的是，该工艺以乙醇和水为溶剂，避免了传统硫源毒性，实现了"绿色合成"。

研究团队运用多项关键技术：通过能量色散X射线谱(EDX)验证化学计量比，霍尔效应实验确定p型导电特性，紫外-可见-近红外光谱(UV-VIS-NIR)测得1.68 eV直接带隙。热激活能低至6.8 meV，表明材料具有优异的载流子传输性能。

化学组成与形貌分析
EDX图谱显示Cu、In、S元素特征峰，原子百分比接近理论值1:1:2。元素面分布图证实三者均匀分布，无相分离。SEM显示纳米颗粒尺寸均一，表面粗糙度利于光捕获。

结构表征
XRD衍射峰与标准卡片(JCPDS 27-0159)完全匹配，确认纯相四方结构。拉曼光谱在295 cm^-1处出现A₁振动模特征峰，进一步验证晶体质量。

光电性能
制备的CIS纳米颗粒压片光电探测器在可见光区表现出显著响应。在10 mW/cm²白光照射下，探测率达7.294×10⁸ Jones，优于多数溶液法制备的同类器件。

该研究不仅提供了一种低温、低毒的黄铜矿纳米材料合成新策略，更通过系统的性能表征证实了其在光电探测领域的应用潜力。特别是1.68 eV的带隙使其能有效覆盖太阳光谱主要能量区间，为开发新一代环保型光电器件奠定了材料基础。研究结果发表于《Optical Materials》，为绿色半导体材料的开发提供了重要参考。