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量子点及(石墨烯/TiOx)n薄膜的制备与表征

欧阳涛  
【摘要】:纳米薄膜材料由于其独特的光学、力学、电磁学及气敏性能,被称为“21世纪最有前途的材料”。随着纳米薄膜的研究进展,人们的研究重点已从均质薄膜发展为梯度薄膜,从单一成分的纯质薄膜发展为多种成分结合的复合薄膜。近年来,具有显著量子限域效应的量子点,具有高效电子传输特性的石墨烯,以及具有优越光催化性能的TiO2是纳米材料中的研究热点,将它们组装成梯度纳米薄膜或复合纳米薄膜具有重要意义。 本论文主要研究了CdTe量子点梯度薄膜的制备与性质表征,和石墨烯/二氧化钛复合薄膜的制备与其光催化性能。在制备CdTe量子点梯度薄膜之前,首先制备了CdTe量子点均匀薄膜,并研究了在水相中采用电泳沉积法制备量子点薄膜的影响因素,以探索出最佳制备条件。具体研究内容如下: 1、以在水相中合成的巯基乙酸为稳定剂的CdTe量子点为原料,采用电泳沉积法在ITO导电玻璃表面制备了厚度均匀的CdTe量子点薄膜,并研究了水相中电泳沉积量子点薄膜的影响因素,如电极、抗氧化剂的添加、溶液的pH值及外加电压范围。实验结果表明,电泳沉积CdTe量子点薄膜的最佳条件为:阳极采用ITO导电玻璃为电极,阴极采用锌片为电极;添加Vc作为抗氧化剂;溶液的pH值范围控制在9.0-11.5;外加电压范围为2.5-3.2V。所制备的均匀薄膜中的CdTe量子点保持了原来单个量子点的结构和性质。 2、在上述水相电泳沉积CdTe量子点薄膜的最佳条件范围内,通过在阳极ITO导电玻璃的两端分别施加大小不同的电压,制备了在ITO玻璃水平方向上厚度呈梯度变化的CdTe量子点薄膜。利用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱、原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)等对制备出的CdTe量子点梯度薄膜进行了表征。结果表明,在ITO导电玻璃水平方向上形成了厚度随导电玻璃的长度变化而逐渐变化的CdTe量子点梯度薄膜,该薄膜在不同水平位置的颜色、吸光度和荧光强度均呈现连续变化。另外,由于表面所包裹的巯基乙酸阻止了量子点的长大,薄膜中的CdTe量子点均保持其原有的结构和性质。 3、将氧化石墨烯(GO)悬浮液与TiCl4的乙醇-甲苯溶液,采用表面溶胶-凝胶法组装成多层复合薄膜(GO/TiOx)n。然后在紫外灯下光照,由于薄膜中的TiOx具有光催化活性可将GO还原为石墨烯(G),得到复合薄膜(G/TiOx)n。利用紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱、原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)等对薄膜进行了表征,并研究了薄膜在可见光下的光催化性能。结果表明,所制备的多层复合薄膜(G/TiOx)n中TiOx为无定形态,该薄膜对亚甲基蓝有较强的吸附能力,且在可见光照射下能够使亚甲基蓝降解脱色。复合薄膜(G/TiOx)n较纯(TiOx)n薄膜的可见光催化活性有很大的提高,是因为石墨烯具有非常大的表面积和很强的电子传输能力。


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