几种典型低维纳米复合材料可控合成及光学、催化性质的研究

发布时间：2018-11-08 21:02

【摘要】：低维纳米材料因其独特的尺寸与结构往往具备与三维纳米材料不同的理化性质。碘、溴是两种典型的双原子分子，一维碘、溴分子链具有与体材料碘、溴完全不同结构，研究一维碘、溴分子链的结构变化及性质有助于加深对双原子分子体系的了解；二硫化钼是一种典型的二维片层材料，近些年来，纳米级的二硫化钼由于其良好的催化特性而受到广泛关注。在本工作中，分别以5型磷酸铝分子筛（AlPO4-5）和石墨烯为模板，分别制备了碘、溴掺杂分子筛及石墨烯负载二硫化钼纳米片复合样品。由于分子筛的限域作用及石墨烯的支持作用，能有效的控制一维分子链及二维纳米片的结构、尺寸及形貌。在本文中以气相扩散法合成碘掺杂AlPO4-5分子筛晶体。对产物表征，证明了有碘分子链存在于AlPO4-5分子筛孔道中。对样品进行荧光测试，发现一个明显的荧光峰。荧光峰范围介于550-900nm之间，荧光峰中心位于750nm。我们将这一荧光峰发光起源归属为AlPO4-5分子筛孔道中的碘分子链。对样品进行偏振荧光测试发现，样品具有偏振荧光特性，且样品的吸收与发射偶极矩均与碘分子链取向相同，我们推知碘分子链的准一维线性结构导致了样品了偏振荧光特性。在变温荧光测试中，碘分子链荧光强度的变化与碘分子链受温度影响发生断裂相吻合。在压力作用下，样品荧光强度经历了先增强后减弱的过程，这与在压力作用下，碘分子链增长，含量增多相一致。我们还利用理论模拟计算了碘分子链的带隙。证明荧光起源是碘分子链的能带结构。在分子筛孔道中，，溴分子也能连接成与碘分子链类似的一维溴链。但是与碘相比，人们只是研究了压力对于准一维溴链的影响，尚未有温度对其影响的报道。在本论文中，利用气相扩散法得到了溴掺杂AlPO4-5分子筛晶体。在加热测试中，随着温度升高，在25-95oC温度区间内，孔道中的溴发生游离溴分子先转化为溴分子链，随后溴分子链断裂生成游离溴分子的可逆过程。激光加热测试也进一步验证，温度升高能够使游离溴分子转变为溴分子链。在低温测试中，游离溴分子会发生转角变化，逐渐趋于平行于孔道方向。同时，当溴分子转为平行于孔道方向后，受周围离子链的影响增强，在静电作用下Br3-1离子链与游离溴分子结合形成新的准一维溴链。二硫化钼作为一种典型的半导体材料，因其良好的能带结构，在可见光催化领域具有巨大的应用潜力。但是由于光生电子空穴对的快速复合制约了它的催化效率，因此如何减少光生电子空穴对的复合是提高其催化效率的关键。在本论文中，以水热法成功合成了石墨烯负载二硫化钼纳米片。对产物进行表征。我们合成的样品具有如下特征：石墨烯表面的二硫化钼纳米片生长致密、厚度均匀（层数介于2-6层）。研究了石墨烯负载二硫化钼纳米片的光催化性能。石墨烯优异的导电性能有效的抑制二硫化钼光生电子空穴对的复合，同时石墨烯极强的吸附能力有利于二硫化钼与有机物接触，因此石墨烯负载二硫化钼纳米片具有优异的光催化特性，尤其是在可见光条件下。在可见照射条件下经过75分钟，亚甲基蓝分子在石墨烯负载二硫化钼纳米片催化作用下全部分解完毕。远优于目前的商用光催化剂和未负载的二硫化钼纳米片。此外，我们还测试了石墨烯负载二硫化钼纳米片的循环稳定性，依然表现出优异的光催化特性。这也进一步证明了将二硫化钼纳米片与石墨烯复合能有效地提高二硫化钼光催化性能。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

【参考文献】