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《北京理工大学》 2015年
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硫族金属化合物微纳结构的可控合成及其在光学和光催化方面的应用

塔威(Muhammad Tanveer)  
【摘要】:硫族化合物半导体材料处于微纳尺寸时能表现出独特的物理和化学性能,因此受到了极大的关注。本文主要介绍新型结构硫族化合物的合成,尤其是硫化物及其复合物特性、生长机制和自然光驱动的光催化特性。表征方法有SEM,FESEM,XRD,EDX,XPS,TEM,HRTEM,SAED。研究表明通过合理调节实验条件可以有效调控新型异质结构复合硫化物半导体材料(BiOCl/Bi2S3),该结构能提高光催化效率。首先研究合成以纳米片为基础的纯铜蓝相CuS的分层微球。实验方法是PVP辅助溶剂热法,通过改变PVP的量来优化反应条件,从而得到独特地分层结构的空心微球。CuS空心结构的禁带宽度是~1.97 eV。相较于其他结构的CuS,这种介孔结构材料在自然光下对降解有机燃料(甲基蓝)表现出优异的光催化活性。同时这种光催化剂具有超强的循环使用能力,在6次循环之后仍有96.5%的有机染料降解能力。该研究成功开发出来用于合成独特结构空心微球的方法,它属于“自下而上”的组装方法,它为了解独特复杂结构对潜在应用方面的意义提供了很好的机会。在上述实验方法的基础上,进一步合成了许多结构清晰,高度对称,超复杂和分层体系结构的铜蓝相CuS,研究各种参数对合成分层结构硫化铜的影响,并阐述可能形成的机理。研究发现曝光时间是控制CuS的体系结构一个关键因素,在较长的反应时间下容易形成高度复杂的结构。在可见光范围内,这种结构对添加有双氧水的亚甲蓝、罗丹明B及其混合液都具有很强的光催化能力。这种高效的光催化活性归因于CuS分层结构的精细控制。总体而言,这项研究在“自下而上”组装高度复杂硫化铜纳米片方面具有重要作用,为了解非典型结构的根本意义提供了很好的机会。接着以硫酸铜和硫脲的水溶液为前驱体,加入柠檬酸,通过一锅法超声化学过程,将超薄铜蓝CuS纳米片组装成层次化的微花结构。大尺寸结构部分是同质材料,是由纯六方硫化铜单晶纳米片组成,厚度是20nm。该结构具有较高的表面积,并且通过氮气吸附等温线测试得到它有双孔径分布。另外从控制时间变化的实验中可以得到形成CuS层次化结构的机理。最重要的一点,层次化结构的CuS是一种高效多功能可循环的光催化剂,在双氧水的辅助下利用自然光能降解高度浓缩的染料水溶液,如甲基蓝溶液,罗丹明B及其混合液,在废水纯化方面具有很好的应用前景。综上,本文介绍BiOCl/Bi2S3能通过非常简便可控的溶剂热方法合成较大尺寸的新颖复合结构,并阐述了生长机理。利用X射线衍射,透射电镜,元素分布能谱,紫外吸收光谱表征样品的结构、形貌和光学特性。在可见光范围内,BiOCl/Bi2S3复合结构比Bi2S3和BiOCl的独立结构在降解甲基橙水溶液方面具有更高的光催化活性。增强的光催化活性归因于Bi2S3和BiOCl复合结构的生成,因为复合结构能有效分离电子-空穴对,抑制复合过程。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ125.1;O643.36

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