碳量子點-TiO2復合光子晶體的制備及其光催化性質研究.pdf

1、隨著世界化石能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴重，可再生清潔能源如太陽能的利用與開發(fā)已經成為當前國際研究熱點。在眾多利用太陽能的技術中，基于半導體材料的直接將太陽能轉化為化學能的光催化技術，正受到人們越來越多的關注。傳統(tǒng)的半導體材料-TiO2具有化學性質穩(wěn)定、對生物無毒性、不產生二次污染以及廉價等優(yōu)點，是目前研究最為廣泛的光催化劑之一。但是TiO2存在禁帶寬度大（約3.2 eV）、量子效率低等缺陷。為了拓展TiO2的光譜吸收范圍和提高量子效

2、率，研究人員主要采取摻雜、半導體復合以及貴金屬修飾等方法對TiO2進行改性。除此以外，研究人員利用傳統(tǒng)材料制備出一些可以增加光吸收的特殊結構，在材料已有的光譜吸收范圍內進一步增強對光的吸收，俘獲、利用更多的光子，從而產生更多的光生載流子，增強材料的光催化性能。在這些結構中，由不同折射率的介質材料在空間周期性排列所形成的光子晶體結構可以有效地增加光與物質的相作用，從而提高光催化劑的催化效率。
　　歸納本文的研究工作，主要有以下兩個方

3、面內容：
　　一、TiO2光子晶體的制備及其光催化性能研究
　　以聚苯乙烯（PS）膠體晶體為模板，采用溶膠-凝膠法并且結合提拉技術，制備出光子晶體結構TiO2薄膜。我們制得的大面積有序的TiO2光子晶體薄膜，該材料具有三維有序介孔結構的特點。通過改變PS微球尺寸，我們實現了對TiO2光子晶體的光子帶隙的調控。進一步的光催化性能研究發(fā)現，這種光子晶體結構不僅增加了TiO2薄膜的比表面積、光在薄膜中的散射程度，更為重要的是，光子

4、晶體的慢光效應可以幫助TiO2捕獲更多的紫外光，從而提高其光催化性能。
　　二、CQDs/TiO2復合光子晶體的制備及其光催化性能研究
　　在獲得了TiO2光子晶體結構的基礎上，為了拓展TiO2的光譜響應范圍，我們電化學沉積法在TiO2光子晶體結構中復合CQDs，并對復合結構的光催化性能進行了詳細的研究。研究結果表明CQDs/TiO2在全光譜下的光催化速率是參比TiO2的3倍，在可見光下的光催化速率是參比TiO2薄膜的7倍。