半导体纳米材料的可控合成及其光电应用.pdf

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4、sSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofMasterofEngineeringByShileiLiuSupervisor:AssociateProf.QingmingShenJune2015摘要现如今，环境污染和能源危机是人类共同面临的世界性难题，而半导体光催化剂的深入研究为上述难题的解决提供了新的思路。金属氧化物是一类物理化学性能优良的半导体材料，丰富的形貌、独特的结构和可变的价态以及可调节的氧

5、空穴浓度，这些为构造性能独特的新材料提供了广阔的空间，在光学、光电子学、传感器、光催化、染料敏化太阳能电池等领域有重要的应用。所以，本论文旨在探讨通过半导体纳米材料的可控合成相应提高材料的光催化性能。1.通过简单的离子交换方法，我课题组制备出了一种新型的Bi2S3/BiOCl纳米异质结构，在拥有高活性的{001}面的BiOCl纳米片的基础上引入硫元素。Bi2S3/BiOCl纳米异质结构材料有着适宜的能量和结构拓扑关系，有利于材料界面之间的电荷转移。此外，我们还将催化剂材料扩展至BiOBr，成功制备出新型的Bi2S

6、3/BiOBr纳米异质结构材料，同纯相材料相比复合后材料在可见光下对RhB溶液的降解速率明显提高，材料的催化活性显著增强。所以，这种通过简单的离子交换的方法改变催化剂催化活性的成功尝试无疑为其他半导体材料的制备和改性提供了新的解决方案。2.我们用微波辐射的方法，将硝酸铋溶解在一定浓度的甘露醇溶液中，通过调节复合物材料中不同卤元素间比例，短时间内制备出四方形状，分散均匀，厚度仅有6nm的BiOClxBr1-x纳米薄片。借助TEM、AFM、EDS、和XRD等测试手段表征了样品的形貌、厚度、组成成分和晶体结构。我们不仅

7、创新性的采用微波辐射的合成方法，提高了效率，节约了时间，并且也实验探讨了卤元素间竞争对样品材料响应不同的光波长的影响。在可见光间接染料光敏化途径和紫外光直接半导体激发途径以及元素竞争途径的协同作用下，BiOClxBr1-x催化剂样品在低加入量条件下即展现了优越的光催化性能。总之，我们的研究对未来纳米材料的高效制备，二维纳米光催化工程材料的发展以及全球环境保护等都有积极地推动作用。3.通过调节溶液的pH值，三氯化钛溶液的浓度以及金源的加入量，最终，我们采用TiCl3与HAuCl4进行原位氧化还原的方法，创新性的实现

8、了一步法制备Au-TiO2复合纳米球。产物大小100nm左右，尺寸均一，分散均匀，通过XRD、EDS等表征手段证明其结构形式及元素分布状态。经过降解RhB溶液实验，也验证了其相对于商业TiO2较高的光催化活性，并且也解释了负载Au后较高催化活性的反应机理。这种制备方法简单、条件温和、形貌特殊的Au-TiO2复合纳米球在光电，催化，太阳能方面应用前景广阔。关键词：Bi2S3