CdS納米棒及CdS-TiO2異質(zhì)結(jié)的制備與光電特性研究.pdf

1、目前，利用太陽能解決能源短缺和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為國內(nèi)外科研工作者研究的重點課題。利用半導(dǎo)體光催化降解污染物和制氫是解決這兩大難題的有效方法。為了開發(fā)高效率、高性能、無污染的半導(dǎo)體光催化材料，科研工作者付出了巨大努力。CdS是一種典型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，室溫下其禁帶寬度是2.42eV，具有優(yōu)良的可見光光電化學(xué)性質(zhì)，因此，在太陽能電池、非線性光學(xué)器件、光催化、光電顯示器等方面有廣泛應(yīng)用。而CdS納米材料在光學(xué)和電學(xué)性能上與塊體材料的差

2、異使其成為研究的熱點。影響CdS納米材料性能的主要因素是尺寸和形貌，因此，合成不同形貌和尺寸的CdS納米材料具有重要意義。另一方面，基于CdS納米材料的具有異質(zhì)界面的復(fù)合材料可以提高光生電荷的分離效率，減緩CdS的光腐蝕，改善光催化性能。本文通過電化學(xué)沉積法和溶劑熱法合成了CdS納米棒以及CdS納米棒陣列，并在CdS納米棒表面沉積了TiO2納米顆粒。具體如下:
　　1.以硝酸鎘、硫脲、乙二胺為原料通過一步溶劑熱法合成了一維CdS納

3、米棒，納米棒直徑約50nm，長約800nm，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。實驗主要研究了在不同保溫時間，保溫溫度和不同Cd/S物質(zhì)的量比等因素對制備的CdS納米晶的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)以及光電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:在Cd/S摩爾比為1∶6，在180℃下保溫24h時反應(yīng)充分，得到了長徑比較大，表面光滑的纖鋅礦結(jié)構(gòu)CdS納米棒。其中隨著Cd/S摩爾比的減小，更容易形成CdS納米棒而不是CdS納米顆粒，而足夠的溫度和時間保證了CdS納米棒的可以逐漸長

4、大，達到預(yù)想的長徑比。最后簡單提出了CdS納米棒形成機理:乙二胺的模板作用在CdS納米棒的形成中起到了關(guān)鍵作用。
　　2.為了進一步提高CdS納米棒的光電化學(xué)性能，我們以異丙醇鈦、異丙醇、去離子水為原料通過溶劑熱法在CdS納米棒表面沉積了TiO2納米顆粒。其中TiO2是異丙醇鈦緩慢水解生成的。TiO2顆粒的粒徑大約為10nm，并且密集的覆蓋在CdS納米棒表面，很好的保護了CdS納米棒，防止其發(fā)生光腐蝕，同時改善了其光電化學(xué)性能。對

5、亞甲基藍的降解實驗結(jié)果表明:純CdS納米棒作為催化劑在經(jīng)過3h的降解反應(yīng)后，亞甲基藍的降解率可達27.2％，而在同樣條件下，CdS-TiO2異質(zhì)結(jié)作為催化劑時，亞甲基藍的降解率可達90.3％。CdS納米棒的光電化學(xué)性能得到了很大提升。
　　3.首先在干凈的FTO導(dǎo)電面沉積了CdS晶種，然后以硝酸鎘、硫脲、乙二胺為原料通過溶劑熱法使晶種定向生長為CdS納米棒陣列，最后在CdS納米棒陣列表面通過2中方法沉積了TiO2納米顆粒。陣列結(jié)構(gòu)