半导体微纳结构材料制备及光催化性能研究

发布时间：2017-10-09 03:21

  本文关键词：半导体微纳结构材料制备及光催化性能研究

  更多相关文章： 微纳结构半导体材料 光催化 异质结 尺寸结构控制 拉曼

【摘要】：微纳结构半导体材料由于其独特的结构而表现出比传统材料更加优良的物理和化学性质,因此在越来越多的领域呈现出诱人的前景,如国防、电子、航空、化工、等等。对于微纳结构半导体的制备以及性能的研究,一直是业界经久不衰的热点,己引起了国内外学者的极大关注。在本文中,我们通过不同实验方法制备了不同结构形貌的半导体微纳结构材料,并对其各方面的性能进行了测试和分析,具体的内容如下：1.采用水热法,通过改变溶剂和溶液的PH值,制备了空心ZnS微米花球,然后分别在550℃、600℃、650℃温度下退火,获得ZnS/Zn0异质结构半导体材料,并研究其光催化性能。研究表明,在退火温度升高时,O元素获得足够的能量进入到ZnS晶格中,S元素从样品中脱离,ZnS逐渐转化为ZnO,并且在退火温度升至600℃,形成ZnO/ZnS II型异质结构半导体,在退火温度升至650℃时,所得样品主要成分为ZnO。拉曼光谱进一步表明异质结构形成的过程。通过对紫外吸收谱的分析,我们发现随着样品中O元素的增多,样品的禁带宽度整体呈下降趋势。对所得样品的光催化性能研究发现,ZnO/ZnS异质结构样品光催化性能最好,这是由于Ⅱ型异质结构ZnO/ZnS对电子和空穴具有很强的分离能力。2.采用水热法,通过控制反应条件分别制备了不同掺杂浓度、尺寸相近的Mn掺杂CdS颗粒样品以及相同掺杂浓度、尺寸不同的Mn掺杂CdS颗粒样品。XRD分析显示样品为六方向纤锌矿结构,并且随着掺杂浓度的提高,样品的结晶性有所降低。EDS结果显示随着Mn2+的掺杂浓度的提高,样品中Mn元素的含量也逐渐升高。ESR进一步证明样品中Mn2+的存在,并确定了Mn2+所在的位置,结果表明Mn2+处于轻微变形的四面体晶格中,也就是CdS晶格中。通过对Raman谱的分析,我们观察到了CdS的1LO、2LO衍射峰,并且还发现当样品尺寸接近时,随着Mn2+掺杂浓度的提高,样品的激子声子耦合强度的有所减弱;而当Mn2+掺杂浓度保持不变时,颗粒尺寸越大,激子-声子耦合作用越强。3.通过简单、绿色的液相激光烧蚀的方法制备了由量子点组装成的CuO纳米花球样品。SEM、TEM、 HRTEM及XRD测试结果表明,CuO纳米花球平均尺寸约为200nm,为多晶结构。并且,作为基本结构单元的CuO量子点的形貌和尺寸度可以被轻易调控。通过改变激光能量可以调节量子点的尺寸大小,而通过外加电场可以改变颗粒的形貌。更重要的是,由于独特的多孔结构,使得CuO纳米花球样品具有很好的光催化性能。
【关键词】：微纳结构半导体材料 光催化 异质结 尺寸结构控制 拉曼
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 微纳结构半导体材料的性质与应用9-10
• 1.3 微纳结构半导体材料的制备手段10-11
• 1.4 微纳结构半导体材料在的研究现状11-13
• 1.5 本论文的主要研究内容和意义13-14
• 参考文献14-17
• 第二章 实验及测试方法17-25
• 2.1 制备方法以及实验设备17-20
• 2.1.1 ZnO/ZnS微米花球的制备17-18
• 2.1.2 CdS：Mn纳米颗粒的制备18
• 2.1.3 CuO纳米球的制备18-19
• 2.1.4 样品制备时的注意事项和应急办法19-20
• 2.2 样品表征测试手段20-25
• 2.2.1 结构形貌表征20-22
• 2.2.2 光学和磁学性能测试22-25
• 第三章 ZnS/ZnO异质结微球的制备及其性能研究25-36
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.3 结果讨论27-33
• 3.3.1 结构表征27-28
• 3.3.2 形貌表征28-30
• 3.3.3 拉曼光谱30-31
• 3.3.4 紫外吸收谱31-32
• 3.3.5 光催化实验32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 参考文献34-36
• 第四章 CdS：Mn纳米颗粒的制备及其性质表征36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 样品的制备与测试36-37
• 4.3 结果讨论37-44
• 4.3.1 形貌的表征37-39
• 4.3.2 结构的表征39-40
• 4.3.3 电子顺磁共振谱40-42
• 4.3.4 拉曼光谱42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 参考文献45-47
• 第五章 CuO纳米球的制备及性能研究47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 实验部分47-48
• 5.3 结果讨论48-53
• 5.3.1 形貌和结构的表征48-49
• 5.3.2 XPS分析49-50
• 5.3.3 结构可调性研究50-51
• 5.3.4 合成机理51-52
• 5.3.5 光催化性能分析52-53
• 5.4 本章小结53
• 参考文献53-55
• 第六章 工作总结和展望55-57
• 致谢57-58
• 攻读学位期间发表的论文58-59

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本文编号：997884