窄帶隙CuS、In2S3、CuInS2半導(dǎo)體納米材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、在過(guò)去幾十年里，有機(jī)污染已經(jīng)成為最嚴(yán)重的環(huán)境污染問題之一，光催化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于消除、降解有毒化學(xué)物品等領(lǐng)域。由于較寬帶隙半導(dǎo)體材料（如SiC、GaN、ZnS等）只能吸收太陽(yáng)光譜中的部分紫外光，大部分可見光無(wú)法加以利用。因此，開發(fā)無(wú)毒環(huán)保的能夠吸收可見光的窄帶隙半導(dǎo)體材料吸引了大量研究人員的普遍關(guān)注。近年來(lái)，多種具備窄帶隙特征的硫系半導(dǎo)體納米材料也吸引了人們的極大興趣。本論文成功制備了系列CuS、In2S3和CuInS2半導(dǎo)體納米材料

2、，系統(tǒng)的研究了含Cu、In、Cu/In硫系半導(dǎo)體的光學(xué)行為及對(duì)含染料廢水的光催化效果。論文的主要內(nèi)容如下:
　　第一，在油酸/石蠟反應(yīng)體系中，采用簡(jiǎn)單的熱注法，分別以氧化銅和單質(zhì)硫?yàn)榍膀?qū)體，制備了靛銅礦相CuS納米顆粒。對(duì)比研究了不同Cu2+/S2-摩爾比對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、組成和形貌的影響;研究了Cu2+/S2-摩爾比為1∶1時(shí)CuS的熱穩(wěn)定性;系統(tǒng)的探討了CuS納米顆粒的光學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)靛銅礦相CuS納米顆粒在可見光和近紅外區(qū)域有較寬

3、的強(qiáng)吸收范圍;計(jì)算出Cu2+/S2-摩爾比為1∶1的CuS的禁帶寬度約為1.5 eV;樣品的熒光發(fā)射峰主要分為兩部分，一部分是由于帶-帶躍遷導(dǎo)致的短波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)射峰，另一部分是由CuS晶體結(jié)構(gòu)中的一些缺陷引起的長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)射峰。
　　第二，利用水熱法，分別以Na2S、H2NCSNH2和Na2S2O3為S源，InCl3為In源，制備出了具有不同形貌的四方晶系的β-In2S3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫源種類的不同對(duì)產(chǎn)物的結(jié)晶性和形貌產(chǎn)生

4、了很大的影響。產(chǎn)物在紫外和可見光區(qū)域均有良好的吸收，樣品在470nm處有藍(lán)光發(fā)射峰，500 nm之后出現(xiàn)許多綠光發(fā)射峰。發(fā)現(xiàn)以不同種類的硫源制備的樣品為催化劑，對(duì)羅丹明B溶液的光催化降解率，可見光條件普遍高于紫外光條件，都可達(dá)到96％以上。發(fā)現(xiàn)以Na2S為硫源180℃反應(yīng)18h制備的樣品對(duì)溶液中羅丹明B的吸附效果明顯，可達(dá)到99.47％，說(shuō)明此條件下制備的β-In2S3具有多孔性，對(duì)廢水中染料顯示了吸附和光催化的雙重功能。
　　第

5、三，有氧和無(wú)氧條件下，在油酸/石蠟體系中采用熱注法分別制備了p型和n型CuInS2半導(dǎo)體納米晶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)物是由小尺寸納米片和納米棒狀結(jié)構(gòu)堆疊而成;對(duì)紫外光和可見光具有良好的吸收，兩者的禁帶寬度都為1.39 eV;p型和n型CuInS2半導(dǎo)體納米晶的發(fā)光效果有明顯差異;O2在樣品制備過(guò)程中也扮演了重要角色。同時(shí)分別以p型和n型CuInS2納米晶為催化劑，研究了其對(duì)不同染料的光催化效果，除了亞甲基藍(lán)外，p型CuInS2納米晶對(duì)羅丹明