石墨烯基半导体复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-09-30 22:29

  本文关键词：石墨烯基半导体复合材料的制备与性能研究

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【摘要】：本文以氧化石墨烯为载体,以半导体为催化剂,通过异位复合和一步法合成的方法分别制备出石墨烯基半导体复合材料rGO-Au-CdS和rGO-Cu_2S。并分别对其在传感和光热方面的性能进行探讨。本文的研究内容及成果如下:1.本文合成了三元协同复合半导体/金属/石墨烯(Au-CdS-rGO)纳米结构。合成的Au-CdS核壳纳米颗粒中Au核大概为50 nm,Au-CdS以三明治的结构包裹在rGO中。其中GO首先被半胱氨酸盐酸盐(cys)改性处理,因为cys上的-SH能够与Au-CdS上的金属键形成较大结合力的金属S键,从而有助于纳米颗粒的分散。同时,显示负电性的GO-cys可以与正电性的十六烷基三甲基溴化铵包裹的Au-CdS进行静电吸引,二者可以紧密的结合在一起。合成的三元协同复合结构在TEM、UV-Vis、XRD表征手段下展现了一种全新的异质结构。从光电转换效率(IPCE)实验可以看出制备的三元协同复合材料能更有效的利用可见光,其在310 nm的转换效率可以达到78%,随之减小,但其在长波长的光电转换效率高于5%。荧光(PL)表征对比说明复合结构对CdS壳有淬灭作用,同时表明光生电子空穴能够在异质结构界面有效传递。拉曼和阻抗显示电子在复合结构的传递是从Au-CdS到rGO而且阻抗较小。最后我们探讨了三元协同复合半导体/金属/石墨烯纳米结构在传感(以H2O2为探测分子)方向的潜在应用。实验发现,三元协同复合半导体纳米结构修饰电极对H2O2的检测限为0.005mM,检测线性范围为0.03-7 mM。以上得知制备的三元协同复合半导体金属石墨烯纳米结构在生物传感方向有潜在的应用。2.本文利用一步法在无表面活性剂存在的情况下制备了不同复合物。通过表征,我们选择以硝酸铜作为前驱体,以与GO 5:1的比例加料,制备出具有高结晶性、窄尺寸分布和分散性好的复合材料。通过XRD和TEM对复合结构组成进行表征发现,制备的复合物为Cu_2O-rGO。然后再原位对制备的复合材料硫化,从TEM和XRD表征图可以看出,硫化后的复合材料成分是Cu_2S-rGO。然后我们对制备的复合材料进行光热性能的探讨,光热效率计算发现Cu_2O-rGO、Cu_2S和Cu_2S-rGO的光热转换效率分别为26.4%、17.2%和30.6%,说明Cu_2S-rGO不仅可以利用rGO的灰度吸收更多的光,而且可以作为载体有效的分散纳米颗粒;同时,Cu_2S自身的吸收光可以产生很重要的局域表面等离子体效应,从而增加了光热性能。
【关键词】：氧化石墨烯 半导体 核壳 传感 光热 复合材料
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 石墨烯的发展历史11-12
• 1.2 石墨烯的结构与性质12-15
• 1.2.1 石墨烯的结构12-13
• 1.2.2 石墨烯的性质13-15
• 1.3 石墨烯的制备方法15-18
• 1.3.1 微机械剥离法15
• 1.3.2 外延生长法15-16
• 1.3.3 化学气相沉积法16
• 1.3.4 氧化还原法16-18
• 1.4 石墨烯基无机复合材料介绍18-23
• 1.4.1 石墨烯基无机复合材料的制备19-21
• （1）非原位混合（ex situ hybridization）19
• （2）原位生长（in situ crystallization）19-21
• 1.4.2 石墨烯基无机复合材料的应用21-23
• 1.5 本论文选题目的和研究内容23-25
• 1.5.1 选题目的23
• 1.5.2 研究内容23-25
• 2 三元Au-CdS-rGO复合异质结的多界面控制合成及光电性质的应用25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验方法26-29
• 2.2.1 原料26
• 2.2.2 氧化石墨烯的合成26-27
• 2.2.3 氧化石墨烯的改性27
• 2.2.4 Au、Au/CdS、CdS的制备27-28
• 2.2.5 复合物改性ITO电极的制备28-29
• 2.3 实验测试仪器29-30
• 2.4 结果与讨论30-40
• 2.5 本章小结40-41
• 3 石墨烯Cu_2S复合结构的制备表征以及光热性能研究41-55
• 3.1 前言41-42
• 3.2 实验方法42-43
• 3.2.1 实验原料42
• 3.2.2 氧化石墨烯的制备42
• 3.2.3 (CH3COO)2Cu：GO质量比的Cu_2O-rGO的制备42-43
• 3.2.4 不同Cu前驱体的Cu_2O-rGO的制备43
• 3.2.5 Cu_2S-rGO的制备43
• 3.3 实验测试仪器43-44
• 3.4 结果与讨论44-54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 结论与展望55-57
• 4.1 结论55-56
• 4.2 展望56-57
• 参考文献57-65
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果65-66
• 致谢66

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本文编号：950801