基于二氧化锡纳米复合材料的制备及光电化学传感器的构建
发布时间：2021-01-27 16:44
光电化学分析（PEC）是一种以光为输入信号并将目标分析物与输出电信号建立起相关性的新型分析检测技术。PEC结合了光化学及电化学的优点,可以很好地分离激发信号与检测信号,结合循环放大策略,可以实现非常高的检测灵敏度,在生物传感分析方面表现尤为出色。二氧化锡（SnO2）纳米半导体材料因其制备简单,化学性质相对稳定,形貌易于调控,成膜透明等优势在纳米半导体光电化学研究中被广泛应用。但对于光电化学检测而言,SnO2能带间隙较宽,光电转换效率低,很难直接用于光电检测。窄禁带半导体,在可见光区有较强的吸收,在能带互相匹配的复合半导体材料中,可以实现光生电子的高效转移,促进了h+/e-对的有效分离,产生高的光电信号。贵金属与半导体材料界面具有肖特基势垒的动力学优势,可以促进等离子体驱动的电荷分离,有效抑制热电子与热空穴复合。因此,利用窄禁带纳米半导体或贵金属纳米粒表面等离子体效应改善宽禁带半导体纳米材料的光电转化效率,有效提高光电化学方法检测灵敏度是我们工作的目标之一。在此基础上,针对不同的化学或生物分子,我们尝...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
通过吸收能量大于Eg的光子，将价带电子激发至未占据的导带[21]
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论5结，因此被认为是提高半导体光催化效率最有效的技术之一。Zhu等人研究发现随着Bi2S3浓度的增加，TiO2/Bi2S3的吸光度和电流密度先降低然后增加，瞬态光电流达到0.16mAcm-2，明显高于纯的TiO2纳米棒（0.017mAcm-2）[49]。Guo等人成功构建了磷酸钴（Co-Pi）修饰的TiO2/BiVO4异质结。获得的TiO2/BiVO4/Co-Pi纳米复合材料表现出优异的光化学活性和稳定性[50]。Auttaphon等人成功合成了一种FeVO4/BiOCl异质结构，该材料卓越的光催化活性归因于FeVO4/BiOCl异质结对可见光的有效吸收和对光生电子空穴复合的抑制[51]。Ton等人研究表明，ZnO/TiO2异质结的光催化活性(150分钟内降解91%MO)和抗菌效果(90分钟内抗菌效率92.7%)均高于单独使用这两种材料[52]。1.3.1染料敏化半导体材料的机制近年来，一些具有高吸收系数且与重要的生物小分子具有特异性反应活性的有机染料被报道[53-55]。传统的染料敏化n型TiO2的太阳能电池(DSSC)工作机理如图1-2所示。DSSC主要涉及四个的过程:(I)染料吸收光子，导致染料被激发至激发态（染料*）（即，HOMO→LUMO跃迁）；（2）产生激元解离(电荷分离过程)，将染料的激发态电子注入金属氧化物导电材料的CB中(电荷转移过程)；（3）氧化后的染料(染料+)通过电解液中的还原剂还原到基态(染料)；（4）阳极处的光生电子流经外部电路到达Pt电极（阴极），在那里还原介子得以再生[56,57]。图1-2染料敏化n型TiO2太阳能电池过程示意图[56]其中，光生电子的密度取决于敏化剂吸收的光子数量，过程(I)-(IV)，以及电子的复合效率。首先，有效的染料显然能够从太阳光中吸收尽可能多的光子，从而使进一步的光诱导过程成为可能。染料被光激发后，生成的激子可以进行有效
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论7延长了转移到半导体CB中热电子的寿命，从而使它们能够促进各种表面化学反应[73,74]。此外，在半导体内建立的耗尽区可以将热电子从金属/半导体界面上扫除，并进一步抑制它们与金属纳米粒子上留下的热空穴的复合[75]。因此，半导体中热电子的积累为有效的光催化提供了机会[76]。此外，半导体表面也表现出不同于金属表面的特性，例如提供更多的活性位点，以促进各种光催化反应[77-79]、包括H2O裂解[80,81]、CO2还原[82-84]和有机物转化[85-87]。图1-3球形NPs上的局部SPR激发:（a）电磁场引起的电子云的相干局部振荡;（b）热载流子的产生和等离子体金属的相应吸收光谱。e-和h+分别代表在SPR移相后产生的热电子和空穴。紫色曲线代表金属纳米粒子的等离子体共振吸收光谱[68]图1-4等离子体金属/半导体异质结构中的PMET策略。Dox和Dred分别表示溶液中电子给体的氧化和还原态；Aox和Ared分别代表溶液中电子受体的氧化和还原态；ECB代表CB的底部，EVB代表价带（VB）的顶部，EF代表费米能级[70]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bi2O3晶体结构和氧缺陷协同作用：促进中间产物的吸附活化、转化途径和光催化反应效率（英文）[J]. 雷奔,崔文,盛建平,王红,陈鹏,李解元,孙艳娟,董帆. Science Bulletin. 2020(06)
本文编号：3003383
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
通过吸收能量大于Eg的光子，将价带电子激发至未占据的导带[21]
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论5结，因此被认为是提高半导体光催化效率最有效的技术之一。Zhu等人研究发现随着Bi2S3浓度的增加，TiO2/Bi2S3的吸光度和电流密度先降低然后增加，瞬态光电流达到0.16mAcm-2，明显高于纯的TiO2纳米棒（0.017mAcm-2）[49]。Guo等人成功构建了磷酸钴（Co-Pi）修饰的TiO2/BiVO4异质结。获得的TiO2/BiVO4/Co-Pi纳米复合材料表现出优异的光化学活性和稳定性[50]。Auttaphon等人成功合成了一种FeVO4/BiOCl异质结构，该材料卓越的光催化活性归因于FeVO4/BiOCl异质结对可见光的有效吸收和对光生电子空穴复合的抑制[51]。Ton等人研究表明，ZnO/TiO2异质结的光催化活性(150分钟内降解91%MO)和抗菌效果(90分钟内抗菌效率92.7%)均高于单独使用这两种材料[52]。1.3.1染料敏化半导体材料的机制近年来，一些具有高吸收系数且与重要的生物小分子具有特异性反应活性的有机染料被报道[53-55]。传统的染料敏化n型TiO2的太阳能电池(DSSC)工作机理如图1-2所示。DSSC主要涉及四个的过程:(I)染料吸收光子，导致染料被激发至激发态（染料*）（即，HOMO→LUMO跃迁）；（2）产生激元解离(电荷分离过程)，将染料的激发态电子注入金属氧化物导电材料的CB中(电荷转移过程)；（3）氧化后的染料(染料+)通过电解液中的还原剂还原到基态(染料)；（4）阳极处的光生电子流经外部电路到达Pt电极（阴极），在那里还原介子得以再生[56,57]。图1-2染料敏化n型TiO2太阳能电池过程示意图[56]其中，光生电子的密度取决于敏化剂吸收的光子数量，过程(I)-(IV)，以及电子的复合效率。首先，有效的染料显然能够从太阳光中吸收尽可能多的光子，从而使进一步的光诱导过程成为可能。染料被光激发后，生成的激子可以进行有效
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论7延长了转移到半导体CB中热电子的寿命，从而使它们能够促进各种表面化学反应[73,74]。此外，在半导体内建立的耗尽区可以将热电子从金属/半导体界面上扫除，并进一步抑制它们与金属纳米粒子上留下的热空穴的复合[75]。因此，半导体中热电子的积累为有效的光催化提供了机会[76]。此外，半导体表面也表现出不同于金属表面的特性，例如提供更多的活性位点，以促进各种光催化反应[77-79]、包括H2O裂解[80,81]、CO2还原[82-84]和有机物转化[85-87]。图1-3球形NPs上的局部SPR激发:（a）电磁场引起的电子云的相干局部振荡;（b）热载流子的产生和等离子体金属的相应吸收光谱。e-和h+分别代表在SPR移相后产生的热电子和空穴。紫色曲线代表金属纳米粒子的等离子体共振吸收光谱[68]图1-4等离子体金属/半导体异质结构中的PMET策略。Dox和Dred分别表示溶液中电子给体的氧化和还原态；Aox和Ared分别代表溶液中电子受体的氧化和还原态；ECB代表CB的底部，EVB代表价带（VB）的顶部，EF代表费米能级[70]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bi2O3晶体结构和氧缺陷协同作用：促进中间产物的吸附活化、转化途径和光催化反应效率（英文）[J]. 雷奔,崔文,盛建平,王红,陈鹏,李解元,孙艳娟,董帆. Science Bulletin. 2020(06)
本文编号：3003383
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3003383.html
