六種半導(dǎo)體納米材料的制備及光電催化性能研究.pdf

1、近年來，由于工業(yè)的不斷發(fā)展，大量人工有機(jī)污染物被排放到生活水源中去。這些被排放到生活用水中的有機(jī)污染物往往很難發(fā)生自然降解，更有一些有機(jī)染料和抗生素類有機(jī)物，在經(jīng)過一些厭氧降解過程后會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體極為有害的芳香胺類致癌物。于是，利用半導(dǎo)體材料對(duì)染料進(jìn)行光催化降解成為了近年來科學(xué)界的一大熱門研究課題。這種技術(shù)不僅可以利用太陽(yáng)光分解水制氫提供一種清潔能源，還可以降解有機(jī)污染物解決環(huán)境污染問題。因此，利用半導(dǎo)體材料對(duì)染料進(jìn)行光催化降解的技術(shù)被視

2、為一種解決能源與環(huán)境問題的可行手段。
　　另一方面，能源危機(jī)制約著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，如何有效地解決這一問題已成為目前人們關(guān)注的核心問題。自從Brian O'Regan與Michael Gr(a)tzel在1991年發(fā)明了染料敏化太陽(yáng)能電池體系（DSCs），該體系由于具有操作簡(jiǎn)單，環(huán)保以及具有較高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的能力等特點(diǎn)，被視為第三代可再生能源。盡管DSCs具有種種優(yōu)勢(shì)，然而其高昂的造價(jià)卻使其在商業(yè)應(yīng)用中受到了限制。其中一

3、個(gè)主要待解決問題就是需要找到一種價(jià)格低廉且同樣可以具有較高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能能力的對(duì)電極材料來取代貴金屬Pt電極。盡管許多以解決此難題為目的的新型電催化劑材料被報(bào)道出來，但是在DSCs體系中依然存在著眾多問題，例如合成新穎的對(duì)電極材料以及對(duì)電極材料結(jié)構(gòu)與催化性能的關(guān)系等等問題。
　　基于上述討論，我的文章主要做了以下幾方面內(nèi)容的工作：
　　1）合成了兩種層狀過渡金屬氧化物納米材料。i)通過無模板劑水熱合成方法合成得到的層狀花

4、球Nb2O5材料。我們對(duì)材料的光催化降解有機(jī)染料的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果是令人滿意的。此外，我們將Nb2O5材料制作成鋰離子電池負(fù)極材料，在低電流密度下測(cè)試其充放電及循環(huán)能力，Nb2O5電池展現(xiàn)了很好的電化學(xué)性能。其他Nb2O5相關(guān)的性能我們正在研究。ii)成功的合成了WO3·H2O納米片，并在此基礎(chǔ)上通過對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的調(diào)節(jié)與控制合成了層狀WO3·H2O空心球。我們對(duì)合成得到的兩種WO3·H2O材料進(jìn)行了光催化能力的測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于層狀W

5、O3·H2O空心球具有獨(dú)特的層狀以及空心球等特性，使其在催化反應(yīng)過程中擁有了更為顯著地能力。
　　2）通過水熱合成以及后續(xù)煅燒的兩步法成功合成了微孔In2O3立方體。我們對(duì)In(OH)3–InOOH前驅(qū)體以及微孔In2O3立方體的形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。微孔In2O3立方體由于具有比表面積大的特點(diǎn)，在紫外燈光催化降解曙紅B的試驗(yàn)中展現(xiàn)了良好的應(yīng)用能力，其催化效果為商業(yè)化In2O3的10.5倍。在對(duì)其光催化降解機(jī)理的研究中，我們發(fā)

6、現(xiàn)·OH，O2·-以及空穴均在催化反應(yīng)過程中出現(xiàn)，優(yōu)秀的催化能力為其三者共同作用的結(jié)果。
　　3）合成了兩種過渡金屬硫化物納米材料。i)我們通過簡(jiǎn)單的水熱合成方法成功的合成了Bi2S3納米棒材料。這些Bi2S3納米棒具有潛在的替代商業(yè)Pt電極運(yùn)用到染料敏化太陽(yáng)能電池中成為對(duì)電極的能力。我們通過物理混合的方法將氧化石墨烯引入了Bi2S3材料體系制成了含有不同量石墨烯的Bi2S3對(duì)電極，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯的量達(dá)到一個(gè)最合適值的時(shí)候，該電極的

7、可以對(duì)I3-產(chǎn)生良好的催化還原作用，并且光電轉(zhuǎn)化效率得到了大大的提升。ii)利用水熱合成方法，分別使用氯化銦，硫代乙酰胺，聚乙烯醇作為In源，S源和模板劑，成功的得到了In2S3納米管與石墨烯的復(fù)合材料。對(duì)該材料進(jìn)行了電催化性能的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其在催化還原I-/ I3-對(duì)方面有很好的應(yīng)用性能。另外，我們將材料制作成為染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極，發(fā)現(xiàn)其具有良好的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　4）利用溶劑熱方法成功的合成了由超薄BiOCl納米片所組