硫化铋及其复合物的制备及特性研究

发布时间：2019-06-04 16:22

【摘要】：硫化铋是一种直接带隙半导体材料,它拥有很多优良的性质。硫化铋隶属于正交晶系,能带宽度为1.2～1.7eV,它既能够使荧光发射和吸收波长产生蓝移现象,同时也可以增强纳米粒子的氧化还原能力,它具有比较好的光催化性能,在热电、电子和光电子器件以及发光材料上具有潜在的应用价值。决定Bi2S3晶体优先生长方向有两点：一个是它的层状结构,另外一个是其高度各向异性。目前制备出的硫化铋的形貌有球状、棒状、管状、线状、花状及片状的微纳米结构。制备Bi2S3微纳结构常用的方法有溶胶-凝胶模板法、溶剂热法、水热法、回流法、微波法、表面活性剂辅助水热处理法等。目前为止,研究者对Bi2S3的探索获得了一定的进展,而且不断出现新的工艺来制备Bi2S3纳米材料并得到应用,对于不同形貌的Bi2S3纳米结构的制备已有大量的工作,但对于硫化铋复合结构的制备报道相对还较少,而且硫化铋与其它材料复合时仍有一些外界因素需要克服；此外,对于控制单一变量来研究Bi2S3纳米材料的工作还不系统,例如反应原料、反应时间及不同衬底对其形貌的影响等等。对于不同的条件下如何实现低成本、低温度下可控合成仍不成熟,这些都需要系统的研究和总结,因此我们通过优化不同条件,以制备出形貌和尺寸都均匀的硫化铋及其复合物的微纳材料。本文采用水热法,通过改变制备过程中的生长时间、原料的浓度、不同衬底及其复合物来研究硫化铋的性质,并对样品的形貌、结构、成份、带隙及发光特性进行了系统的分析研究。本论文主要的研究结果如下：(1)水热法制备Bi2S3微／纳结构,研究了生长时间、溶液中Bi(NO3)3·5H2O的浓度及选用不同的衬底等因素对产物尺寸、形貌的影响。对生长时间为1h、4h、8h、12h,反应温度为180℃时制备的样品进行扫描电子显微镜测试,研究结果发现随着生长时间的增加纳米棒形成微米花,微米棒直径变得越来越小;对不同Bi(NO3)3·5H2O浓度制备的样品进行SEM扫描,发现在浓度分别为16mM、8mM、4mM,时间为12h时,Bi2S3的形貌并没有发生改变,一直是微米花的形状。而在铝、钛片上生长的Bi2S3是花状结构,铜片上生成的纳米颗粒。拉曼图显示生成微米结构是单纯的Bi2S3,没有其他杂质存在。XRD结果显示生成的Bi2S3是纯净的,没有第二相的存在,且与比对卡对应较好。对比各种条件下的XRD图发现8h,16mM的强度最强。于是对8h,16mM条件下的样品进行具体测试。分别测试I-V曲线、超级电容曲线、光催化测试。我们用简单制成的类似肖特基二极管的器件测试I-V曲线,测试所得结果发现I-V曲线具有较好的整流特性。超级电容的测试展示了生成的Bi2S3结构具有较好的充放电效果,且扩散电阻和充放电电阻比较小。光催化降解图显示了Bi2S3微米花结构具有很好的光降解效果。(2)水热法制备Bi2S3及Bi2S3/S纳米结构。通过水热方法合成Bi2S3结构,扫描电子显微镜显示生成的是纳米线的结构。XRD描述了Bi2S3生长方向,证明生成了Bi2S3结构。光催化图中显示Bi2S3纳米线比单纯的罗丹明B降解的要快很多,说明Bi2S3纳米线具有较好的光降解效果。光吸收测试结果证实Bi2S3纳米线带宽为1.6eV左右。Bi2S3纳米线相较纳米棒发生了蓝移;通过水热方法合成Bi2S3/S结构,扫描电子显微镜显示生成的是纳米棒的结构。XRD描述了Bi2S3/S生长方向,并在30°左右存在S元素。证明生成了Bi2S3/S结构。光催化图中显示Bi2S3/S纳米棒比单纯的罗丹明B降解的要快很多,说明Bi2S3/S纳米棒具有较好的光降解效果。光吸收测试结果证实Bi2S3/S纳米棒带宽为1.4eV左右。Bi2S3/S纳米棒相较Bi2S3纳米线发生了红移。(3)水热法制备Bi2S3-CdS和Bi2S3-ZnS纳米结构。通过水热反应制备了纯净的Bi2S3-CdS纳米线,在制备纯净的Bi2S3-CdS纳米棒方面,水热方法具有直接制备出Bi2S3-CdS纳米线,并且设备简单、条件较易达到、环境友好、结晶性好,易形成结构特殊的材料。且生成的Bi2S3-CdS纳米线粗细比较均匀,XRD图显示生成的是Bi2S3-CdS纳米棒,而且光降解速率也较好,TEM图中再一次证明生成的物质中存在Bi、S、Cd元素,生成了Bi2S3-CdS纳米线；通过水热法制备了Bi2S3-ZnS纳米线结构,生成的纳米线比较细且均匀,纳米线聚集成簇,形成山丘状。X射线衍射图显示纳米线的方向有Bi2S3的各个方向,且具有ZnS的(002)方向,证明生成了Bi2S3-ZnS结构。而光催化降解罗丹明B溶液中,Bi2S3-ZnS纳米线结构展示了较好的光催化降解效果。透射电子显微镜的STEM图与SEM图相符合,而EDAX图则进一步证实了生成的结构中有Bi、S、Zn元素存在,证明生成的确实是Bi2S3-ZnS结构。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304

【参考文献】