層狀MoS2-Cu2O復(fù)合半導(dǎo)體的制備及其光催化性能研究.pdf

1、二硫化鉬是具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的典型層狀過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔?，二維MoS2是一種典型的二維材料。在從三維材料變?yōu)槎S材料時(shí)，由于強(qiáng)烈的各向異性、量子尺寸效應(yīng)、比表面積急速增加，使 MoS2具有獨(dú)特的機(jī)械、光、電、儲(chǔ)能、催化以及氣敏特性，在電子器件、光學(xué)器件、固體潤(rùn)滑劑、催化劑、超電容、鋰電池等領(lǐng)域具有廣闊的研究?jī)r(jià)值，而且MoS2儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，成為近年來(lái)研究比較深入的二維材料。半導(dǎo)體MoS2的能帶結(jié)構(gòu)隨著自身層數(shù)的減

2、少而變化，人們可以按照自身的意愿有目的地控制MoS2層數(shù)來(lái)得到合適的能帶，具有廣闊的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用意義。
　　由于二維MoS2的半導(dǎo)體特性、能帶可控性、大量暴露的活性位點(diǎn)，使其在光電化學(xué)領(lǐng)域，特別是光催化應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。單層MoS2的1.8eV帶隙寬度合適能吸收可見(jiàn)光，其直接帶隙結(jié)構(gòu)有利于電子躍遷，層狀邊緣懸掛鍵多活性強(qiáng)，但其制備方法和低催化活性限制了它的發(fā)展。目前MoS2普遍是作為助催化劑和復(fù)合半導(dǎo)體出現(xiàn)在高效光催化劑中的

3、，單獨(dú)高效的MoS2光催化劑還有待研究。復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑以其有效的分離電子空穴對(duì)、較高的光催化活性而出名，它的設(shè)計(jì)和制備關(guān)鍵是尋找合適的兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料，要求其能帶結(jié)構(gòu)匹配、半導(dǎo)體材料之間能形成異質(zhì)結(jié)、材料表面有大量活性位點(diǎn)。二維MoS2的比表面積大、能帶結(jié)構(gòu)能由其層數(shù)調(diào)控、層狀邊緣有大量不飽和活性位點(diǎn)、自身n型半導(dǎo)體特性，與能響應(yīng)可見(jiàn)光的p型半導(dǎo)體Cu2O可以組成很好復(fù)合半導(dǎo)體。因此，尋找簡(jiǎn)單、易行、低廉、溫和的制備方法，有目的

4、地控制兩者的能級(jí)匹配、形成更多更緊密的異質(zhì)結(jié)，制備出高效的復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑，對(duì)于光催化劑的設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用都有十分重要的指導(dǎo)意義。我們通過(guò)復(fù)合半導(dǎo)體在光催化降解活性的提高來(lái)研究設(shè)計(jì)和制備具有高催化活性的復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑。
　　本文通過(guò)制備方法、MoS2形貌、MoS2含量來(lái)研究復(fù)合半導(dǎo)體MoS2/Cu2O如何更好地分離光生電子空穴對(duì)，抑制光生載流子的復(fù)合來(lái)提高它的光催化活性。
　?。?）基于復(fù)合半導(dǎo)體的光催化活性提

5、高的原理，使用水熱合成法在MoS2納米片上生長(zhǎng)出Cu2O納米顆粒，形成復(fù)合半導(dǎo)體MoS2/Cu2O。通過(guò)對(duì)比少數(shù)層MoS2、Cu2O、MoS2/Cu2O的光催化活性，驗(yàn)證了光催化劑設(shè)計(jì)的合理性。
　?。?）基于MoS2/Cu2O光催化活性與異質(zhì)結(jié)相關(guān)的聯(lián)系，通過(guò)化學(xué)合成方法和物理合成方法制備出相同組分含量的 MoS2/Cu2O，探究了異質(zhì)結(jié)對(duì)光催化活性的影響和制備方法對(duì)異質(zhì)結(jié)形成的影響。
　?。?）基于 MoS2的帶隙寬度、

6、導(dǎo)帶價(jià)帶電位與它的層數(shù)密切相關(guān)，通過(guò)液相剝離法和梯度離心法將塊狀 MoS2剝離為不同厚度的 MoS2懸浮液，隨著 MoS2厚度的減少，MoS2的比便面積增大，帶隙寬度變大、導(dǎo)帶價(jià)帶電位增高，光生電子空穴對(duì)的氧化還原能力增強(qiáng)，有利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。水熱合成出具有不同MoS2厚度的MoS2/Cu2O，并探究其光催化活性。
　?。?）基于已知 MoS2/Cu2O光催化活性較高的 MoS2最佳厚度，探究MoS2含量對(duì)MoS2/Cu2O光