多面體Cu2O的組裝、表面修飾及其光電性能研究.pdf

1、目前，隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益突顯，基于太陽能的光電材料受到越來越多人的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)光電材料面臨著材料結(jié)構(gòu)單一、光利用率低、光電性能不佳等問題。而光電材料的表界面是影響其性能的關(guān)鍵因素之一，因此表界面性質(zhì)及其調(diào)控研究將為新型光電材料的設(shè)計(jì)和制備提供重要的理論基礎(chǔ)。Cu2O作為一種極具潛力的半導(dǎo)體光電材料，由于其來源豐富，制備成本低，無毒無害，可直接被可見光激發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，而備受關(guān)注。然而Cu2O也存在光電子利用率低等一系列問題。

2、基于此，本文在探究合成一系列不同形貌的Cu2O的基礎(chǔ)上，對Cu2O的表界面進(jìn)行調(diào)控來提高其光電性能，包括晶面調(diào)控、半導(dǎo)體復(fù)合和組裝有序結(jié)構(gòu)等。主要研究內(nèi)容如下:
　　1、多面體Cu2O晶體的制備與調(diào)控及其光學(xué)性能的研究
　　以CuCl2·2H2O為銅源，選用溫和、無毒的葡萄糖作為還原劑，在堿性溫和的環(huán)境下還原得到尺寸約為200nm的立方Cu2O晶體。然后通過調(diào)節(jié)表面活性劑(PVP)的含量，得到一系列不同形貌的多面體Cu2O晶

3、體，并探究PVP對Cu2O晶體生長的影響。實(shí)驗(yàn)表明PVP含量的增加導(dǎo)致Cu2O各個(gè)晶面生長速率的不同，從而得到各向異性的多面體Cu2O晶體。同時(shí)，調(diào)控反應(yīng)體系的溫度得到了不同尺寸的Cu2O晶體，而其形貌則保持一致。通過一系列實(shí)驗(yàn)探索，得到形貌、尺寸均一的Cu2O的最佳實(shí)驗(yàn)方案。此外，還對所得不同形貌的Cu2O晶體進(jìn)行光學(xué)測試，結(jié)果表明，Cu2O晶體具有較強(qiáng)的可見光吸收能力。
　　2、Cu2O/CdS復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究

4、
　　為了提高Cu2O的光催化活性，采用半導(dǎo)體復(fù)合的方法，將多面體Cu2O與CdS顆粒復(fù)合形成p-n結(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)。首先，利用共沉積的方法在立方體和八面體Cu2O表面沉積CdS顆粒，利用SEM、TEM、XRD等表征手段分析了Cu2O/CdS異質(zhì)結(jié)微觀結(jié)構(gòu)。同時(shí)還探究了負(fù)載在立方體和八面體Cu2O表面的CdS復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化性能，實(shí)驗(yàn)表明，Cu2O/CdS復(fù)合材料由于具有獨(dú)特的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了光生電子-空穴對的有效分離，其光催化性能優(yōu)

5、于單相Cu2O或者CdS，其中八面體的Cu2O/CdS復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化活性最優(yōu)。此外，對八面體的Cu2O/CdS復(fù)合結(jié)構(gòu)的多次循環(huán)光催化證明了該結(jié)構(gòu)具有較好的可重復(fù)利用率。
　　3、截角八面體Cu2O晶體的組裝及其光電性能的研究
　　以截角八面體Cu2O晶體作為構(gòu)筑基元，通過溶劑揮發(fā)法，在硅基底上得到了2D有序結(jié)構(gòu)。同時(shí)，探究溶劑揮發(fā)法組裝過程中溫度、CTAB濃度對組裝所成單層薄膜質(zhì)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，組裝過程中的溫度直接影

6、響溶劑揮發(fā)的速率，而Cu2O分散液中適量的CTAB濃度則能夠促進(jìn)被其包裹的Cu2O晶體的定向組裝。同時(shí)，Cu2O有序結(jié)構(gòu)的光催化降解MB溶液的實(shí)驗(yàn)表明，在Si片上Cu2O晶體的有序結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的光催化性能，原因可歸結(jié)為其新穎特殊的有序結(jié)構(gòu)，其循環(huán)光催化實(shí)驗(yàn)證明，該結(jié)構(gòu)具有很好的重復(fù)利用率和穩(wěn)定性，可有效解決了粉體材料在降解有機(jī)污染物之后難以回收和再利用、容易造成二次污染的問題。此外，我們還對Cu2O的2D有序結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光電測試，發(fā)現(xiàn)該結(jié)