二硫化錫及其與石墨烯復(fù)合材料的可控制備和光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)是一門在能源和環(huán)境領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。因其能利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能，實(shí)現(xiàn)光解水制氫和有機(jī)污染物的降解而引起人們的廣泛重視。光催化反應(yīng)是在材料的表面進(jìn)行的，因此，光催化材料的表面結(jié)構(gòu)是影響光催化性能的重要因素之一。二硫化錫作為一種重要的層狀半導(dǎo)體材料，因具備優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、氣敏和催化性能，而被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、鋰電池、氣敏傳感器材料和催化材料等。然而，研究表面結(jié)構(gòu)對(duì)二硫化錫光催化和光電性能的影響還比

2、較少。本文首先采用簡(jiǎn)單的一步溶劑熱法，制備得到不同形貌的 SnS2光催化材料，對(duì)比分析了形貌對(duì)二硫化錫在可見光照射下的光催化和光化學(xué)性能的影響，并結(jié)合基于密度泛函理論（DFT）的計(jì)算，探討了樣品的表面原子結(jié)構(gòu)對(duì)二硫化錫電子結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。其次，為了抑制光生電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)一步提高光催化和光化學(xué)性能，本文研究了二硫化錫/石墨烯復(fù)合材料的制備及光催化性能。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、牌瑺詈突疃蚧a的制備、表征及性能測(cè)試

3、。采用一步溶劑熱法，以SnCl4·5H2O和硫代乙酰胺為原料，通過加入不同的溶劑，制備得到結(jié)晶性良好、形貌尺寸可控的片狀/花狀二硫化錫光催化材料。X射線衍射、掃描和透射電子顯微分析證明，片狀二硫化錫的外露晶面為{001}面，而花狀二硫化錫的主要外露晶面為{010}面。紫外-可見分光測(cè)試發(fā)現(xiàn)，片狀二硫化錫的禁帶寬度比花狀二硫化錫大。進(jìn)一步X射線光電子能譜（XPS）分析揭示，片狀二硫化錫比花狀二硫化錫具有較高的導(dǎo)帶底。光催化降解甲基橙結(jié)果表

4、明，與花狀二硫化錫相比，盡管片狀二硫化錫擁有較小的比表面積，其在可見光下卻具有較高的降解甲基橙光催化活性。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，光解水產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，片狀二硫化錫的光催化分解水產(chǎn)氫速率是花狀二硫化錫的11倍；而光電性能測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)偏壓為0.8 V時(shí)，片狀二硫化錫的光電流是花狀的3倍。此外，我們還基于第一性原理，計(jì)算材料的表面能和能帶結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試和計(jì)算結(jié)果綜合顯示，盡管片狀二硫化錫的{001}原子面的表面能比花狀二硫化錫的{010}原

5、子面的表面能低，片狀二硫化錫因具優(yōu)異的能帶結(jié)構(gòu)（較高的導(dǎo)帶底電勢(shì)和較快的電子遷移率），從而決定了片狀二硫化錫呈現(xiàn)較高的光催化活性。
　　⑵二硫化錫/石墨烯的制備及其光催化性能的研究。采用改良的Hummers法，制備得到形貌良好的大片氧化石墨。再采用一步水熱原位生長(zhǎng)法，以氧化石墨、SnCl4·5H2O和硫脲為原料，通過二硫化錫納米粒子在氧化石墨層間的原位生長(zhǎng)，利用二硫化錫納米粒子生長(zhǎng)力剝離氧化石墨的同時(shí)與石墨烯復(fù)合，構(gòu)筑了石墨烯基二