光子晶体复合材料的设计及其光催化性能研究
发布时间：2021-07-29 18:34
光催化反应中涉及的微观粒子主要是电子和光子,目前对于单一半导体的改性主要是针对于电子而很少涉及到光子的调控。如果对光催化材料同时进行光子和电子的调控,有望继续提高太阳光利用率和量子转化效率。本论文基于光子晶体（PCs）调控光子传播的特性,将传统光催化材料构建成光子晶体,并对光子晶体进行进一步改性,构造同时具有光子禁带和电子禁带的新型光子晶体光催化剂并深入探讨其构-效关系。通过一系列表征技术手段对材料的形貌、晶相结构、表面状态以及光吸收性能等进行详细的研究,并用电子自旋共振、电化学以及捕获剂技术来探究光子晶体光催化剂的反应机理。本论文的主要结论及创新点如下:（1）采用液相浸渍法制备出高度有序的ZnO PCs,并利用光还原法对ZnO PCs进行改性,得到Ag/ZnO光子晶体复合材料。光子禁带位于541nm处的Ag/ZnO PCs对RhB的降解速率是Ag/ZnO纳米粒子的2.8倍,这可以归因于其独特的光子晶体结构、慢光子效应以及Ag的电子陷阱作用等三方面的协同效应。（2）利用连续离子层吸附反应法（SILAR）对ZnO光子晶体进行改性,得到CuS/ZnO光子晶体复合材料。光子禁带位于532 n...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｔｉ０２光催化基元反应步骤及特征时间
光生电子和空穴能在两者之间转移，从而促进载流子的分离并降低载流子的复合率。??半导体－半导体异质结的结构一般分为交错排列（Ｉ型）、阶梯排列（ＩＩ型）、Ｚ机制、ｐ－ｎ??结结构和同质结结构［５（）］。其中Ｉ型和ＩＩ型结构如图１－２所示，对于Ｉ型结构来说，??一种半导体的导带和价带在另一种半导体的导带和价带之间，因此电子和空穴可以??从右侧的半导体传输到左侧的半导体，反之则不行。而对于ＩＩ型结构来说，电子和??空穴的迁移方向正好相反从而形成了一个闭合回路，这有利于光生载流子的有效分??离，使催化性能提高。??８６３３６１｛１１〇仙（１等［５１］人分别构建了?Ｃｕ２０／Ｔｉ０２，?Ｂｉ２０３／Ｔｉ０２?以及?ＺｎＭｎ２０４／Ｔｉ０２?异??质结，并分别在紫外光以及模拟太阳光条件下测试了样品降解酸性橙ＩＩ的活性，结??果表明复合物的光催化降解活性均要高于单一的半导体，而且调控两种半导体之间??的比例会改变光催化降解的活性。Ｈｏｎｇ等［３７］研究者制备了?ＢｉＶ０４／Ｗ０３电极异质结
体有电子禁带，而类似的光子晶体有光子禁带（ＰＢＧ），而且光子晶体能像半导体??调控电子运动那样调控光子运动。光子晶体通常根据它们周期性的维度进行分类，??具体可以分为３Ｄ光子晶体、２Ｄ光子晶体以及１Ｄ光子晶体［５９］，如图１－３所示。由??于光子晶体在光电领域以及光集成领域具备良好的应用潜力而受到广泛关注，从而??成为该领域的研宄热点。??３Ｄ?２Ｄ?１Ｄ??图１－３三维、二维、一维光子晶体结构示意图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｎｉｃ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ．??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Photonic band structure of one-dimensional metal/dielectric structures calculated by the plane-wave expansion method[J]. ZONG YiXin,XIA JianBai. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(07)
本文编号：3309839
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｔｉ０２光催化基元反应步骤及特征时间
光生电子和空穴能在两者之间转移，从而促进载流子的分离并降低载流子的复合率。??半导体－半导体异质结的结构一般分为交错排列（Ｉ型）、阶梯排列（ＩＩ型）、Ｚ机制、ｐ－ｎ??结结构和同质结结构［５（）］。其中Ｉ型和ＩＩ型结构如图１－２所示，对于Ｉ型结构来说，??一种半导体的导带和价带在另一种半导体的导带和价带之间，因此电子和空穴可以??从右侧的半导体传输到左侧的半导体，反之则不行。而对于ＩＩ型结构来说，电子和??空穴的迁移方向正好相反从而形成了一个闭合回路，这有利于光生载流子的有效分??离，使催化性能提高。??８６３３６１｛１１〇仙（１等［５１］人分别构建了?Ｃｕ２０／Ｔｉ０２，?Ｂｉ２０３／Ｔｉ０２?以及?ＺｎＭｎ２０４／Ｔｉ０２?异??质结，并分别在紫外光以及模拟太阳光条件下测试了样品降解酸性橙ＩＩ的活性，结??果表明复合物的光催化降解活性均要高于单一的半导体，而且调控两种半导体之间??的比例会改变光催化降解的活性。Ｈｏｎｇ等［３７］研究者制备了?ＢｉＶ０４／Ｗ０３电极异质结
体有电子禁带，而类似的光子晶体有光子禁带（ＰＢＧ），而且光子晶体能像半导体??调控电子运动那样调控光子运动。光子晶体通常根据它们周期性的维度进行分类，??具体可以分为３Ｄ光子晶体、２Ｄ光子晶体以及１Ｄ光子晶体［５９］，如图１－３所示。由??于光子晶体在光电领域以及光集成领域具备良好的应用潜力而受到广泛关注，从而??成为该领域的研宄热点。??３Ｄ?２Ｄ?１Ｄ??图１－３三维、二维、一维光子晶体结构示意图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｎｉｃ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ．??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Photonic band structure of one-dimensional metal/dielectric structures calculated by the plane-wave expansion method[J]. ZONG YiXin,XIA JianBai. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(07)
本文编号：3309839
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