硫族金屬化合物微納結(jié)構(gòu)的可控合成及其在光學(xué)和光催化方面的應(yīng)用
發(fā)布時間:2017-04-08 14:17
本文關(guān)鍵詞:硫族金屬化合物微納結(jié)構(gòu)的可控合成及其在光學(xué)和光催化方面的應(yīng)用,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:硫族化合物半導(dǎo)體材料處于微納尺寸時能表現(xiàn)出獨特的物理和化學(xué)性能,因此受到了極大的關(guān)注。本文主要介紹新型結(jié)構(gòu)硫族化合物的合成,尤其是硫化物及其復(fù)合物特性、生長機制和自然光驅(qū)動的光催化特性。表征方法有SEM,FESEM,XRD,EDX,XPS,TEM,HRTEM,SAED。研究表明通過合理調(diào)節(jié)實驗條件可以有效調(diào)控新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合硫化物半導(dǎo)體材料(BiOCl/Bi2S3),該結(jié)構(gòu)能提高光催化效率。首先研究合成以納米片為基礎(chǔ)的純銅藍相CuS的分層微球。實驗方法是PVP輔助溶劑熱法,通過改變PVP的量來優(yōu)化反應(yīng)條件,從而得到獨特地分層結(jié)構(gòu)的空心微球。CuS空心結(jié)構(gòu)的禁帶寬度是~1.97 eV。相較于其他結(jié)構(gòu)的CuS,這種介孔結(jié)構(gòu)材料在自然光下對降解有機燃料(甲基藍)表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性。同時這種光催化劑具有超強的循環(huán)使用能力,在6次循環(huán)之后仍有96.5%的有機染料降解能力。該研究成功開發(fā)出來用于合成獨特結(jié)構(gòu)空心微球的方法,它屬于“自下而上”的組裝方法,它為了解獨特復(fù)雜結(jié)構(gòu)對潛在應(yīng)用方面的意義提供了很好的機會。在上述實驗方法的基礎(chǔ)上,進一步合成了許多結(jié)構(gòu)清晰,高度對稱,超復(fù)雜和分層體系結(jié)構(gòu)的銅藍相CuS,研究各種參數(shù)對合成分層結(jié)構(gòu)硫化銅的影響,并闡述可能形成的機理。研究發(fā)現(xiàn)曝光時間是控制CuS的體系結(jié)構(gòu)一個關(guān)鍵因素,在較長的反應(yīng)時間下容易形成高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在可見光范圍內(nèi),這種結(jié)構(gòu)對添加有雙氧水的亞甲藍、羅丹明B及其混合液都具有很強的光催化能力。這種高效的光催化活性歸因于CuS分層結(jié)構(gòu)的精細控制?傮w而言,這項研究在“自下而上”組裝高度復(fù)雜硫化銅納米片方面具有重要作用,為了解非典型結(jié)構(gòu)的根本意義提供了很好的機會。接著以硫酸銅和硫脲的水溶液為前驅(qū)體,加入檸檬酸,通過一鍋法超聲化學(xué)過程,將超薄銅藍CuS納米片組裝成層次化的微花結(jié)構(gòu)。大尺寸結(jié)構(gòu)部分是同質(zhì)材料,是由純六方硫化銅單晶納米片組成,厚度是20nm。該結(jié)構(gòu)具有較高的表面積,并且通過氮氣吸附等溫線測試得到它有雙孔徑分布。另外從控制時間變化的實驗中可以得到形成CuS層次化結(jié)構(gòu)的機理。最重要的一點,層次化結(jié)構(gòu)的CuS是一種高效多功能可循環(huán)的光催化劑,在雙氧水的輔助下利用自然光能降解高度濃縮的染料水溶液,如甲基藍溶液,羅丹明B及其混合液,在廢水純化方面具有很好的應(yīng)用前景。綜上,本文介紹BiOCl/Bi2S3能通過非常簡便可控的溶劑熱方法合成較大尺寸的新穎復(fù)合結(jié)構(gòu),并闡述了生長機理。利用X射線衍射,透射電鏡,元素分布能譜,紫外吸收光譜表征樣品的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)特性。在可見光范圍內(nèi),BiOCl/Bi2S3復(fù)合結(jié)構(gòu)比Bi2S3和BiOCl的獨立結(jié)構(gòu)在降解甲基橙水溶液方面具有更高的光催化活性。增強的光催化活性歸因于Bi2S3和BiOCl復(fù)合結(jié)構(gòu)的生成,因為復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效分離電子-空穴對,抑制復(fù)合過程。
【關(guān)鍵詞】:硫族化合物 半導(dǎo)體 光催化劑 光學(xué)性能 復(fù)合結(jié)構(gòu) 光響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】:北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:TQ125.1;O643.36
【目錄】:
- Abstract8-11
- 摘要11-13
- List of Symbols and Abbreviations13-26
- Chapter 1 Introduction and Background26-45
- 1.1 Chalcogenides26-27
- 1.2 Fabrication Techniques adopted for Nanoscale Synthesis27-33
- 1.2.1 Hydrothermal and Solvothermal methods27-30
- 1.2.2 Sonochemical method30-31
- 1.2.3 Template directed method31-33
- 1.3 Techniques Employed for Characterizing Nanomaterials33-34
- 1.4 Applications of metal chalcogenides34-37
- 1.4.1 Photocatalysis35-37
- 1.5 Motivation37-38
- 1.6 Covellite (Cu S)38-40
- 1.7 BiOCl/Bi_2S_3 heterostructure composite40-42
- 1.8 Scope of the Thesis42-43
- 1.9 Thesis Organization and Significance43-45
- Chapter 2 Template Free Synthesis of Cu S Nanosheets-based Hierarchical Microspheres: AnEfficient Natural Light Driven Photocatalyst45-70
- 2.1 Introduction46-48
- 2.2 Experimental Details48-50
- 2.2.1 Sample preparation48-49
- 2.2.2 Characterization49
- 2.2.3 Photocatalytic activity evaluation49-50
- 2.3 Results and discussion50-69
- 2.3.1 Structural and morphological evaluation50-55
- 2.3.2 Effect of solvent55-57
- 2.3.3 Effect of sulfur and Cu2+ sources57-59
- 2.3.4 Effect of PVP and formation of NSHMS59-62
- 2.3.5 Optical properties and BET surface area62-64
- 2.3.6 Photocatalytic properties64-69
- 2.4 Conclusions69-70
- Chapter 3 Effect of morphologies of Cu S upon the photo-catalytic degradation of organic dyes70-102
- 3.1 Introduction71-73
- 3.2 Experimental73-75
- 3.2.1 Sample preparation73-74
- 3.2.2 Characterization74
- 3.2.3 Photocatalytic activity evaluation74-75
- 3.3 Results and discussion75-101
- 3.3.1 Structural and morphological evaluation75-80
- 3.3.2 Effect of reaction duration and formation of SCCO of Cu S80-86
- 3.3.3 Optical properties and BET surface area86-89
- 3.3.4 Photocatalytic properties89-101
- 3.4 Conclusions101-102
- Chapter 4 Synthesis of Cu S flowers exhibiting versatile photo-catalyst response102-133
- 4.1 Introduction103-105
- 4.2 Experimental105-108
- 4.2.1 Sample preparation105
- 4.2.2 Characterization105-106
- 4.2.3 Photocatalytic activity evaluation106-107
- 4.2.4 Photoelectrochemical measurements107-108
- 4.3 Results and discussion108-132
- 4.3.1 Structural and morphological characterization108-113
- 4.3.2 Plausible formation of hierarchical microflowers of Cu S113-119
- 4.3.3 Optical properties and BET surface area119-121
- 4.3.4 Photo-catalytic properties121-132
- 4.4 Conclusions132-133
- Chapter 5 Novel architectures of Bi OCl/Bi_2S_3 heterostructures displaying enhancedphotocatalyst response133-161
- 5.1 Introduction134-136
- 5.2 Experimental Details136-138
- 5.2.1 Sample preparation136-137
- 5.2.2 Characterization137
- 5.2.3 Photocatalytic activity evaluation137-138
- 5.3 Results and discussion138-160
- 5.3.1 Structural and morphological evaluation138-144
- 5.3.2 Formation of novel architectures of Bi OCl/Bi2S3 heterostructures144-151
- 5.3.3 Optical Properties151-152
- 5.3.4 Band gap position calculation of Bi OCl and Bi_2S_3152-153
- 5.3.5 Photo-catalytic properties153-158
- 5.3.6 Possible photocatalytic mechanism158-160
- 5.4 Conclusions160-161
- Chapter 6 Conclusions and Future Perspectives161-169
- 6.1 Outlook161-162
- 6.2 Conclusions162-165
- 6.3 Innovative Features of Current Research165-166
- 6.4 Future Work Recommendations166-169
- References169-192
- Acknowledgement192-194
- List of Published & Accepted Papers194-200
【共引文獻】
中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條
1 李拴魁;SnS及SnS/C復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的可控制備與應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2014年
2 徐海明;分級結(jié)構(gòu)硒化鉍的合成及其電輸運性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年
3 宋長青;Cu_2S和VS_2納米結(jié)構(gòu)制備及性能研究[D];華東師范大學(xué);2014年
中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條
1 殷航;PbTe及Ag_nPb_mM_nTe_(m+2n)(M=Sb,Bi,La)熱電材料的液相合成及其機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年
2 周蕾;硫化銅微米花狀結(jié)構(gòu)材料的合成及其光催化性能的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2013年
本文關(guān)鍵詞:硫族金屬化合物微納結(jié)構(gòu)的可控合成及其在光學(xué)和光催化方面的應(yīng)用,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號:293035
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