本文關(guān)鍵詞：石墨烯基半導(dǎo)體復(fù)合材料的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 氧化石墨烯 半導(dǎo)體 核殼 傳感 光熱 復(fù)合材料

【摘要】：本文以氧化石墨烯為載體,以半導(dǎo)體為催化劑,通過異位復(fù)合和一步法合成的方法分別制備出石墨烯基半導(dǎo)體復(fù)合材料rGO-Au-CdS和rGO-Cu_2S。并分別對其在傳感和光熱方面的性能進行探討。本文的研究內(nèi)容及成果如下:1.本文合成了三元協(xié)同復(fù)合半導(dǎo)體/金屬/石墨烯(Au-CdS-rGO)納米結(jié)構(gòu)。合成的Au-CdS核殼納米顆粒中Au核大概為50 nm,Au-CdS以三明治的結(jié)構(gòu)包裹在rGO中。其中GO首先被半胱氨酸鹽酸鹽(cys)改性處理,因為cys上的-SH能夠與Au-CdS上的金屬鍵形成較大結(jié)合力的金屬S鍵,從而有助于納米顆粒的分散。同時,顯示負電性的GO-cys可以與正電性的十六烷基三甲基溴化銨包裹的Au-CdS進行靜電吸引,二者可以緊密的結(jié)合在一起。合成的三元協(xié)同復(fù)合結(jié)構(gòu)在TEM、UV-Vis、XRD表征手段下展現(xiàn)了一種全新的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。從光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)實驗可以看出制備的三元協(xié)同復(fù)合材料能更有效的利用可見光,其在310 nm的轉(zhuǎn)換效率可以達到78%,隨之減小,但其在長波長的光電轉(zhuǎn)換效率高于5%。熒光(PL)表征對比說明復(fù)合結(jié)構(gòu)對CdS殼有淬滅作用,同時表明光生電子空穴能夠在異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面有效傳遞。拉曼和阻抗顯示電子在復(fù)合結(jié)構(gòu)的傳遞是從Au-CdS到rGO而且阻抗較小。最后我們探討了三元協(xié)同復(fù)合半導(dǎo)體/金屬/石墨烯納米結(jié)構(gòu)在傳感(以H2O2為探測分子)方向的潛在應(yīng)用。實驗發(fā)現(xiàn),三元協(xié)同復(fù)合半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)修飾電極對H2O2的檢測限為0.005mM,檢測線性范圍為0.03-7 mM。以上得知制備的三元協(xié)同復(fù)合半導(dǎo)體金屬石墨烯納米結(jié)構(gòu)在生物傳感方向有潛在的應(yīng)用。2.本文利用一步法在無表面活性劑存在的情況下制備了不同復(fù)合物。通過表征,我們選擇以硝酸銅作為前驅(qū)體,以與GO 5:1的比例加料,制備出具有高結(jié)晶性、窄尺寸分布和分散性好的復(fù)合材料。通過XRD和TEM對復(fù)合結(jié)構(gòu)組成進行表征發(fā)現(xiàn),制備的復(fù)合物為Cu_2O-rGO。然后再原位對制備的復(fù)合材料硫化,從TEM和XRD表征圖可以看出,硫化后的復(fù)合材料成分是Cu_2S-rGO。然后我們對制備的復(fù)合材料進行光熱性能的探討,光熱效率計算發(fā)現(xiàn)Cu_2O-rGO、Cu_2S和Cu_2S-rGO的光熱轉(zhuǎn)換效率分別為26.4%、17.2%和30.6%,說明Cu_2S-rGO不僅可以利用rGO的灰度吸收更多的光,而且可以作為載體有效的分散納米顆粒;同時,Cu_2S自身的吸收光可以產(chǎn)生很重要的局域表面等離子體效應(yīng),從而增加了光熱性能。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨烯 半導(dǎo)體 核殼 傳感 光熱 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 石墨烯的發(fā)展歷史11-12
• 1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)12-15
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 石墨烯的性質(zhì)13-15
• 1.3 石墨烯的制備方法15-18
• 1.3.1 微機械剝離法15
• 1.3.2 外延生長法15-16
• 1.3.3 化學(xué)氣相沉積法16
• 1.3.4 氧化還原法16-18
• 1.4 石墨烯基無機復(fù)合材料介紹18-23
• 1.4.1 石墨烯基無機復(fù)合材料的制備19-21
• （1）非原位混合（ex situ hybridization）19
• （2）原位生長（in situ crystallization）19-21
• 1.4.2 石墨烯基無機復(fù)合材料的應(yīng)用21-23
• 1.5 本論文選題目的和研究內(nèi)容23-25
• 1.5.1 選題目的23
• 1.5.2 研究內(nèi)容23-25
• 2 三元Au-CdS-rGO復(fù)合異質(zhì)結(jié)的多界面控制合成及光電性質(zhì)的應(yīng)用25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實驗方法26-29
• 2.2.1 原料26
• 2.2.2 氧化石墨烯的合成26-27
• 2.2.3 氧化石墨烯的改性27
• 2.2.4 Au、Au/CdS、CdS的制備27-28
• 2.2.5 復(fù)合物改性ITO電極的制備28-29
• 2.3 實驗測試儀器29-30
• 2.4 結(jié)果與討論30-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 3 石墨烯Cu_2S復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備表征以及光熱性能研究41-55
• 3.1 前言41-42
• 3.2 實驗方法42-43
• 3.2.1 實驗原料42
• 3.2.2 氧化石墨烯的制備42
• 3.2.3 (CH3COO)2Cu：GO質(zhì)量比的Cu_2O-rGO的制備42-43
• 3.2.4 不同Cu前驅(qū)體的Cu_2O-rGO的制備43
• 3.2.5 Cu_2S-rGO的制備43
• 3.3 實驗測試儀器43-44
• 3.4 結(jié)果與討論44-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 4 結(jié)論與展望55-57
• 4.1 結(jié)論55-56
• 4.2 展望56-57
• 參考文獻57-65
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果65-66
• 致謝66

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