本文關(guān)鍵詞：錫氧化物—二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)及其光催化與氣敏性能

  更多相關(guān)文章： 錫氧化物 二氧化鈦納米帶 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu) 可見光光催化 室溫氣體傳感器

【摘要】：錫氧化物中錫的多價(jià)態(tài)和氧空位所導(dǎo)致的獨(dú)特性能使其具備氣體傳感、光催化、鋰離子電池、超級電容器、透明半導(dǎo)體等方面的應(yīng)用潛力并因此受到研究者的極大關(guān)注。混合價(jià)態(tài)錫氧化物Sn3O4是一種窄禁帶半導(dǎo)體材料,其價(jià)帶電子在可見光激發(fā)下即可躍遷至導(dǎo)帶,具有太陽光光譜能量利用方面的優(yōu)勢。然而,當(dāng)利用Sn304作為光催化劑進(jìn)行光解水產(chǎn)氫時(shí),不但效率較低,并且仍然需要貴金屬做助催化劑,從而增加了材料的應(yīng)用成本。另外,氧化錫還是一種優(yōu)異的氣敏材料,但普通水熱方法制備的氧化錫納米結(jié)構(gòu)因?yàn)楸┞睹嬷饕獮榉�(wěn)定面,并且,電子傳輸性能差,其氣敏性能難以得到提高。為了尋找解決上述問題的有效途徑,本論文以一種具有可見光催化性能的魚鱗狀Sn304納米片為基礎(chǔ),與具有紫外光催化活性的TiO2納米帶結(jié)合構(gòu)建半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了在光催化和氣敏傳感器方面的研究。本論文的主要研究內(nèi)容如下：1、選取SnCl2·2H2O作為錫源,水熱法成核-生長得到魚鱗狀Sn3O4納米片,納米片微觀尺寸在100至400nm之間,厚度約為10nm,納米片間交織形成花瓣?duì)羁臻g結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步對制備的Sn304進(jìn)行元素含量及化學(xué)價(jià)態(tài)表征來確定構(gòu)成化合物的元素狀態(tài)。同時(shí)分析其紫外-可見漫反射光譜(DRS)、熒光光譜(PL)和光電化學(xué)響應(yīng)曲線(PEC)來初步判斷所制備Sn3O4的半導(dǎo)體特性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行樣品的紫外光及可見光光催化解水產(chǎn)氫和光催化降解有機(jī)染料的實(shí)驗(yàn)。2、以水熱法制備的Sn3O4納米片作為中間體,進(jìn)一步高溫氧化獲得Sn02。所獲得的Sn02基本保持了納米片狀的微觀形貌且暴露面為高能(001)面,氣體檢測時(shí)表面表現(xiàn)出對吸附氧的較強(qiáng)吸收,有利于降低氣體傳感器響應(yīng)的工作溫度。此外,探究不同加熱溫度對形成Sn02的影響,及對比基于這種Sn02納米片構(gòu)建的氣體傳感器活性在不同工作溫度下對乙醇,甲醇和丙酮的氣敏活性,分析氣敏活性的工作機(jī)理。3、與Ti02納米帶結(jié)合,通過簡單的水熱法構(gòu)建出一種新型的魚鱗狀Sn3O4/TiO2納米帶表面異質(zhì)結(jié)材料。TiO2納米帶通過堿熱法預(yù)合成,并在高溫下通過硫酸腐蝕得到表面粗糙化的TiO2納米帶。同樣地,魚鱗狀的Sn304納米片可以通過原位合成并通過水熱法組裝在Ti02納米帶的表面。Sn304的形貌和分布可以簡單地通過調(diào)節(jié)原料中的Sn/Ti原子比來加以控制。比較不同Sn/Ti原子比的異質(zhì)結(jié)材料的光電化學(xué)響應(yīng)和光催化活性進(jìn)行,尋找最優(yōu)的Sn/Ti配比,并探究其對材料性能產(chǎn)生影響的可能機(jī)理。4、基于Sn304和Ti02納米帶表面異質(zhì)結(jié)的反應(yīng),和Sn304高溫氧化生成Sn02的啟發(fā),采用兩步法合成SnO2/TiO2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)。首先,水熱反應(yīng)過程中以Ti02納米帶作為支撐材料在其表面外延生長Sn304；隨后,將Sn3O4/TiO2進(jìn)行高溫氧化處理得到SnO2/TiO2異質(zhì)結(jié)�？疾霺nO2/TiO2復(fù)合材料相對于單一Sn02或Ti02的氣體傳感響應(yīng)變化,并比較不同Sn/Ti原子比對于異質(zhì)結(jié)氣敏性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所制備的Sn304為黃色粉末,測試表明為n型半導(dǎo)體,帶隙能為2.61eV,在可見光激發(fā)下能高效地降解有機(jī)染料污染物,且可循環(huán)利用；Sn304納米片進(jìn)一步氧化生成的Sn02納米片為黑色粉末,相對于Sn304和其他途徑合成的Sn02,這種Sn02傳感器在氣敏應(yīng)用上表現(xiàn)出對乙醇選擇性響應(yīng),且響應(yīng)溫度低至43℃,重復(fù)性強(qiáng)；由Sn304改性后的Sn3O4/TiO2納米帶表面異質(zhì)相對于單一相納米結(jié)構(gòu)的Sn304或Ti02,由于Sn304和TiO間能帶匹配和合適Sn/Ti原子比形成的異質(zhì)結(jié)有助于光激發(fā)所產(chǎn)生的電子和空穴的傳輸和有效分離,紫外-可見光光催化性能顯著增強(qiáng)；同樣改性Sn02構(gòu)建的SnO2/TiO2納米片異質(zhì)結(jié),得益于Sn02納米片暴露面的高活性、Ti02納米帶對Sn02納米片的分散作用對檢測氣體接觸面積的增加和電子傳導(dǎo)的影響,在43℃到276℃的工作溫度區(qū)間對乙醇的響應(yīng)將近兩倍于Sn02。綜上所述,本文首次將Sn304組裝到Ti02納米帶上,形成魚鱗狀Sn3O4/TiO2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu),這種材料具有突出的可見光光催化降解有機(jī)染料和光解水產(chǎn)氫性能,將在環(huán)保和新能源方面具有重要應(yīng)用前景：通過熱處理將Sn304轉(zhuǎn)化成Sn02,實(shí)現(xiàn)了高活性面片狀Sn02的制備,獲得的Sn3O4/TiO2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有接近室溫的氣敏特性,將在傳感器方面獲得應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：錫氧化物 二氧化鈦納米帶 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu) 可見光光催化 室溫氣體傳感器
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TP212
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 第一章 綜述14-32
• 1.1 引言14
• 1.2 錫的氧化物14-16
• 1.3 錫氧化物的制備16-19
• 1.3.1 Sn_3O_4的制備16-17
• 1.3.2 SnO_2的制備17-19
• 1.4 錫氧化物的應(yīng)用19-20
• 1.5 二氧化鈦納米帶的制備及應(yīng)用20-22
• 1.6 異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合半導(dǎo)體材料22-23
• 1.7 選題意義及研究內(nèi)容23-24
• 參考文獻(xiàn)24-32
• 第二章 Sn_3O_4和SnO_2制備與性能初步研究32-48
• 2.1 引言32-33
• 2.2 樣品制備33-34
• 2.3 樣品的表征34
• 2.4 性能評價(jià)34-36
• 2.4.1 光催化性能34-35
• 2.4.2 氣體傳感性能35-36
• 2.5 結(jié)果與討論36-41
• 2.5.1 結(jié)構(gòu)與形貌36-39
• 2.5.2 光催化活性39-40
• 2.5.3 氣體傳感性能40-41
• 2.6 機(jī)理研究41-44
• 2.6.1 Sn_3O_4的吸收光譜41-42
• 2.6.2 氣敏性能的理論解釋42-44
• 2.7 本章結(jié)論44
• 參考文獻(xiàn)44-48
• 第三章 水熱法構(gòu)建Sn_3O_4/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)與光催化48-66
• 3.1 引言48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 3.2.1 化學(xué)試劑48-49
• 3.2.2 水熱法制備TiO_2納米帶49
• 3.2.3 水熱法合成Sn_3O_4/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)49
• 3.3 結(jié)構(gòu)與形貌49-54
• 3.4 Sn_3O_4/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化性能研究54-58
• 3.4.1 光電化學(xué)測試54-55
• 3.4.2 光催化降解55-57
• 3.4.3 光催化產(chǎn)氫57-58
• 3.5 機(jī)理研究58-62
• 3.5.1 形成機(jī)理58-59
• 3.5.2 工作機(jī)理59-62
• 3.6 本章結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 第四章 SnO_2/TiO_2表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及氣敏性能研究66-75
• 4.1 引言66
• 4.2 水熱-再氧化合成SnO_2/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)66-67
• 4.3 SnO_2/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形貌表征67-69
• 4.4 Sn_3O_4/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氣敏性能研究69-70
• 4.5 SnO_2/TiO_2納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氣敏性能研究70-72
• 4.6 氣敏機(jī)理討論72-73
• 4.7 本章結(jié)論73
• 參考文獻(xiàn)73-75
• 第五章 全文總結(jié)75-78
• 5.1 主要結(jié)論75-76
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)76-77
• 5.3 需進(jìn)一步開展的工作77-78
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄及參與的科研項(xiàng)目78-80
• 致謝80-81
• 附錄81-97
• 發(fā)明專利97-98
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表98

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 袁頌東;曹小艷;王小波;石彪;汪金方;;摻銀二氧化鈦納米帶的制備及其光催化性能研究[J];材料工程;2009年10期

2 楊志雄;楊金新;劉琦;謝禹鑫;熊翔;歐陽方平;;扶手椅型二硫化鉬納米帶的電子結(jié)構(gòu)與邊緣修飾[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2013年08期

3 ;留美中國專家發(fā)現(xiàn)并合成“納米帶”[J];世界科技研究與發(fā)展;2001年02期

4 ;納米帶[J];新材料產(chǎn)業(yè);2002年05期

5 楊棗;彭坤;袁緩;劉富生;胡愛平;;納米帶的研究進(jìn)展[J];材料科學(xué)與工藝;2006年05期

6 ;石墨納米帶有望成半導(dǎo)體新材料[J];材料導(dǎo)報(bào);2008年S2期

7 黃嵐;張宇;郭志睿;顧寧;;半胱氨酸誘導(dǎo)金納米帶室溫合成[J];科學(xué)通報(bào);2008年20期

8 王卓華;;溫和條件下碲納米帶的穩(wěn)定性研究[J];建材世界;2009年04期

9 陳偉;付紅兵;姚建年;;1,3-二苯基-2-吡唑啉納米帶的制備及其光波導(dǎo)性質(zhì)[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

10 宋玉哲;董佳敏;劉斌;王運(yùn)福;李旭東;劉國漢;;硝酸誘導(dǎo)金納米帶的晶種法制備及光譜表征[J];稀有金屬材料與工程;2010年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周中軍;李志儒;黃旭日;孫家鐘;;氨基取代和鋰摻雜納米帶導(dǎo)致大的靜態(tài)第一超極化率[A];第十屆全國計(jì)算(機(jī))化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2009年

2 楊冬;王非;翟雷應(yīng);梁建;馬淑芳;許并社;;氮化鎵納米帶的制備和表征[A];2006年全國功能材料學(xué)術(shù)年會專輯[C];2006年

3 王彥敏;堵國君;黃林勇;劉宏;王繼揚(yáng);;單晶鉍納米帶的制備與生長機(jī)制研究[A];中國晶體學(xué)會第四屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2008年

4 劉宏;周偉家;趙振環(huán);田健;王繼揚(yáng);;二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu):設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用[A];第十六屆全國晶體生長與材料學(xué)術(shù)會議論文集-08納米晶體及其表征[C];2012年

5 王立峰;;單層石墨納米帶的中彎曲波的非局部彈性理論研究及分子動力學(xué)模擬[A];第十二屆全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

6 查文珂;何莉萍;;石墨烯納米帶摻雜球形磷酸鐵鋰的制備及性能[A];中國固態(tài)離子學(xué)暨電池材料青年學(xué)術(shù)論壇——論文摘要集[C];2013年

7 呂超;陳曉;靖波;;離子自組裝制備有機(jī)熒光納米帶[A];中國化學(xué)會第十二屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2009年

8 李英;馬秀良;;ZnO納米帶的電子顯微學(xué)研究[A];第十三屆全國電子顯微學(xué)會議論文集[C];2004年

9 李英;徐舸;楊春娜;馬秀良;;正交相SnO_2納米帶的電子顯微學(xué)研究[A];2006年全國電子顯微學(xué)會議論文集[C];2006年

10 李大鵬;王冠中;;氧化物半導(dǎo)體超晶格納米帶自組裝生長和結(jié)構(gòu)表征[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 柯仁;納米材料的新朋友“納米帶”[N];北京科技報(bào);2001年

2 柏林記者　張兆軍;我合成首例單晶碲化物納米帶[N];科技日報(bào);2007年

3 黃敏;光能“擰彎”物體[N];新華每日電訊;2010年

4 記者 李宏策 劉霞;新法制得高質(zhì)量石墨烯納米帶[N];科技日報(bào);2014年

5 張小軍;留美中國專家發(fā)現(xiàn)并合成“納米帶”[N];大眾科技報(bào);2001年

6 李宏策;石墨烯納米帶生產(chǎn)新工藝開發(fā)成功[N];科技日報(bào);2012年

7 郝鋼;我國科學(xué)家合成世界首例單晶碲化物納米帶[N];中國有色金屬報(bào);2007年

8 記者 劉霞;美首次“種”出石墨烯納米帶[N];科技日報(bào);2013年

9 記者 張小軍;發(fā)現(xiàn)并合成“納米帶”[N];新華每日電訊;2001年

10 董映璧;新加坡用激光讓硫化鎘納米帶降溫40℃[N];科技日報(bào);2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋玉玲;硅納米帶及氟飽和氮化鋁納米帶的第一性原理研究[D];陜西師范大學(xué);2012年

2 易均輝;鈦基底上一維二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備及其可見光催化性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 許冠辰;化學(xué)氣相沉積法控制合成低維過渡金屬硫族化合物的研究[D];山東大學(xué);2015年

4 衡伯軍;Cu_2O和CuO納微米材料的可控制備及性能研究[D];華中師范大學(xué);2013年

5 李兆國;拓?fù)浣^緣體Bi_2Te_2Se納米帶的量子相干輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)研究[D];南京大學(xué);2014年

6 吳文志;類石墨烯二維材料及其納米帶的物理力學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

7 白慧;硼球烯B_(40)的化學(xué)修飾[D];山西大學(xué);2015年

8 張小歐;新型低維材料電磁和輸運(yùn)性質(zhì)的數(shù)值模擬研究[D];南京大學(xué);2015年

9 馬玲;改性石墨烯儲氫和氣敏性質(zhì)及硅納米帶摻雜特性的第一性原理研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

10 鄭亞榮;基于廉價(jià)金屬復(fù)合材料電催化劑設(shè)計(jì)、合成及性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫霞;稀土鈣鈦礦型氧化物納米帶的制備及光催化性質(zhì)研究[D];長春理工大學(xué);2011年

2 曹杉杉;鋰電池正極材料釩酸銨的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

3 楊鴻玉;基于多壁碳納米管/氧化石墨烯納米帶的多巴胺非酶傳感器研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

4 白俊強(qiáng);Ni摻雜TiO_2納米帶陣列薄膜制備及光催化性能[D];浙江大學(xué);2016年

5 李勇;硅碳烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)及電場效應(yīng)的理論研究[D];太原理工大學(xué);2016年

6 劉麗麗;二硫化鉬納米帶催化析氫活性及其調(diào)控的理論研究[D];太原理工大學(xué);2016年

7 宋刑;低維寬帶隙Ⅱ-Ⅵ半導(dǎo)體材料的制備及性能的研究[D];江蘇大學(xué);2016年

8 張志祥;層狀過渡金屬硫化物及其納米帶特性的第一性原理研究[D];華東師范大學(xué);2016年

9 周華;硼氮雜化石墨烯納米帶及碳納米管的非線性光學(xué)性質(zhì)的理論研究[D];吉林大學(xué);2016年

10 陸晶晶;氧化石墨烯及鈦酸鹽納米帶的光限幅性能研究[D];福州大學(xué);2013年

，

本文編號：688535