本文關鍵詞：硫族金屬化合物微納結構的可控合成及其在光學和光催化方面的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：硫族化合物半導體材料處于微納尺寸時能表現出獨特的物理和化學性能,因此受到了極大的關注。本文主要介紹新型結構硫族化合物的合成,尤其是硫化物及其復合物特性、生長機制和自然光驅動的光催化特性。表征方法有SEM,FESEM,XRD,EDX,XPS,TEM,HRTEM,SAED。研究表明通過合理調節(jié)實驗條件可以有效調控新型異質結構復合硫化物半導體材料(BiOCl/Bi2S3),該結構能提高光催化效率。首先研究合成以納米片為基礎的純銅藍相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)化反應條件,從而得到獨特地分層結構的空心微球。CuS空心結構的禁帶寬度是~1.97 eV。相較于其他結構的CuS,這種介孔結構材料在自然光下對降解有機燃料(甲基藍)表現出優(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構空心微球的方法,它屬于“自下而上”的組裝方法,它為了解獨特復雜結構對潛在應用方面的意義提供了很好的機會。在上述實驗方法的基礎上,進一步合成了許多結構清晰,高度對稱,超復雜和分層體系結構的銅藍相CuS,研究各種參數對合成分層結構硫化銅的影響,并闡述可能形成的機理。研究發(fā)現曝光時間是控制CuS的體系結構一個關鍵因素,在較長的反應時間下容易形成高度復雜的結構。在可見光范圍內,這種結構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分層結構的精細控制�？傮w而言,這項研究在“自下而上”組裝高度復雜硫化銅納米片方面具有重要作用,為了解非典型結構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體,加入檸檬酸,通過一鍋法超聲化學過程,將超薄銅藍CuS納米片組裝成層次化的微花結構。大尺寸結構部分是同質材料,是由純六方硫化銅單晶納米片組成,厚度是20nm。該結構具有較高的表面積,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層次化結構的機理。最重要的一點,層次化結構的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合結構,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構、形貌和光學特性。在可見光范圍內,BiOCl/Bi2S3復合結構比Bi2S3和BiOCl的獨立結構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復合結構的生成,因為復合結構能有效分離電子-空穴對,抑制復合過程。
【關鍵詞】：硫族化合物 半導體 光催化劑 光學性能 復合結構 光響應
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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】

中國博士學位論文全文數據庫 前3條

1 李拴魁;SnS及SnS/C復合納米結構的可控制備與應用[D];蘭州大學;2014年

2 徐海明;分級結構硒化鉍的合成及其電輸運性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

3 宋長青;Cu_2S和VS_2納米結構制備及性能研究[D];華東師范大學;2014年

中國碩士學位論文全文數據庫 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;2014年

2 周蕾;硫化銅微米花狀結構材料的合成及其光催化性能的研究[D];復旦大學;2013年

  本文關鍵詞：硫族金屬化合物微納結構的可控合成及其在光學和光催化方面的應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：293035