石墨烯復(fù)合材料光電性能的研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源和環(huán)境危機(jī)已經(jīng)成為全球性的問題，為了解決這些問題，許多國家已經(jīng)開始尋找和開發(fā)環(huán)保高效的新型光敏化材料。自從1972年Fujishima和Honda首次用二氧化鈦分解水制氫以來，光催化在能源的再生和環(huán)境的純化方面已被廣泛的運用。現(xiàn)如今，已有多種光敏化材料被運用到染料的降解和氫能源的產(chǎn)生，然而，這些半導(dǎo)體材料由于光能的捕獲差（如：TiO2），光生載流子的復(fù)合快（如：CdS），需要貴金屬負(fù)載，界面半反應(yīng)低效等缺點使

2、得這些光催化材料不能大面積的推廣，因此制備出高效、無毒、低成本、穩(wěn)定的光催材料，具有非常重要的意義。
　　光敏化材料因優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，在光催化、傳感、太陽能敏化電池等領(lǐng)域起著非常重要的作用，再者光生載流子所需要的能量均是理想的、綠色的、可再生的太陽能，故光敏化材料的催化引起了來自化學(xué)、物理、材料等領(lǐng)域的眾多科研人員的關(guān)注。本文以光敏化材料為核心，以掃描電化學(xué)顯微鏡（Scanning Electrochemical Micro

3、scope）為平臺，從動力學(xué)的角度探究光敏化材料的催化性能。本工作主要有以下三部分，具體內(nèi)容如下：
　　1.卟啉基復(fù)合材料的構(gòu)建和對光催化水氧化的研究。
　　通過電化學(xué)方法在ITO表面成功合成了還原氧化石墨烯薄膜，之后通過光還原的方法制備了石墨烯@四苯基卟啉@金的復(fù)合材料（rGO@TPP@Au）。運用 EDS、XRD、FT_IR和電化學(xué)手段對材料進(jìn)行了系統(tǒng)的表征，發(fā)現(xiàn)rGO@TPP@Au表現(xiàn)出高的光電流和快的異相電子轉(zhuǎn)移速率

4、。在整個光催化體系中，石墨烯和金納米粒子都具有協(xié)同的作用，這如同自然界光系統(tǒng)II中的Mn4Ca，這對于自然界中水氧化過程的研究提供了一種新的思路。
　　2.助催化劑Au和rGO對于花狀鎢酸鉍光催化性能的研究。
　　通過水熱法一步合成了鎢酸鉍負(fù)載石墨烯的復(fù)合材料（rGO@Bi2WO6），之后通過光還原的方法制備了負(fù)載有石墨烯和金納米的鎢酸鉍復(fù)合材料（rGO@Bi2WO6@Au）。通過SEM、EDS、XRD、FT_IR等對材料進(jìn)

5、行了系統(tǒng)的表征，之后通過 i-t curve和EIS對復(fù)合材料進(jìn)行了電化學(xué)表征發(fā)現(xiàn)rGO@Bi2WO6@Au表現(xiàn)出高的光電流和低的載流子復(fù)合率，最后運用SECM技術(shù)進(jìn)一步研究材料微界面的電荷轉(zhuǎn)移行為，發(fā)現(xiàn)rGO@Bi2WO6@Au在可見光照射下表現(xiàn)出快的界面電子轉(zhuǎn)移速率，這與i-t curve，EIS，和對羅丹明B的催化降解相一致。這說明石墨烯和金納米粒子對于光生載流子的復(fù)合有抑制作用，同時該體系對于光敏化材料在光催化和能源轉(zhuǎn)換性能的研

6、究方面提供了一種新的方法。
　　3.氧空位對花狀鎢酸鉍光催化性能影響的研究。
　　通過水熱法合成花狀的鎢酸鉍材料，利用化學(xué)還原的方法制備還原態(tài)的鎢酸鉍，之后通過電沉積的方法制備出鎢酸鉍和還原態(tài)鎢酸鉍的薄膜。經(jīng)過i-t curve、EIS和對羅丹明B的降解發(fā)現(xiàn)還原態(tài)的鎢酸鉍較未還原的鎢酸鉍表現(xiàn)出較好的光催化性能。最后運用SECM技術(shù)進(jìn)一步研究材料表面的電荷轉(zhuǎn)移行為，發(fā)現(xiàn)還原態(tài)的鎢酸鉍在可見光照射下表現(xiàn)出快的界面電子轉(zhuǎn)移速率，這