单斜相钒酸铋/铜铟硫复合材料的制备及其结构性能研究
发布时间：2022-01-24 15:57
半导体光电催化技术能够利用太阳能将CO2转化为甲醇等具有高附加值的液相化工产品,在缓解温室效应的同时,能够将CO2纳入到新的碳循环中,具有良好的发展前景。尽管如此,目前CO2光电催化反应仍然受制于半导体催化剂较低的光生载流子分离效率和反应过程中较高的动力学势垒。基于上述背景,本论文构建了直接Z型异质结复合材料mBiVO4（单斜相钒酸铋）/CuInS2（铜铟硫）。CuInS2是一种具有良好光吸收性能的半导体材料,许多研究者报道了 CuInS2材料具有将CO2催化还原为甲醇的能力;mBiVO4（2.5 eV）的带隙略大于CuInS2（1.5 eV）,整体能带结构偏正。两者材料构建的直接Z型异质结不仅能够增强光生载流子分离效率,同时也增强了复合材料的整体氧化还原能力。分别通过电沉积法和溶剂热法制备了 CuInS2薄膜和mBiVO4纳米颗粒,随后将mBiVO4纳米颗粒负载在CuInS2薄膜上得到复合材料。物相结构研究表明复合材料成功构建异质结,Mott-Schottky测试结果显示CuInS2和BiVO4相对于电解液的平带电位分别为0.22 V（相对于饱和甘汞电极,vs SCE）和0.56V（...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４半导体表面能带结构弯曲图：本征半导体（ａ），未对准（ｂ）和对准（ｃ）的ｎ型半导体，??未对准（ｄ）和对准（ｅ）的ｐ型半导体［２７］??Ｆｉｇ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌｓ?ｎｅａｒ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ａ?ｃｌｅａｎ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：?ｕｎｄｏｐｅｄ?（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）??
制备成电极使其构成回路，光生空穴能??够轻易的通过回路与光生电子分离，从而有效提升光生载流子分离效率。另外由于外??电场的可调控性，光电催化也更适合于大规模商业化的应用。??ｐｏ（ＣｔＭｉ〇￥ｔａｉ?｛?Ｏ？?＾?？?ｇａｓ?ｃｈｒｏｍａｕｎｒｒａｐｈ％??Ｉ?Ｈ?’??Ｉ?ｉＨｉｔｌｅｉ??ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??ｍｍ?ｗ?ｔｍ?ｍｍ?ｍ?ａｍｔ?ｍｍ?ｆ?ｍｍ??１１?１?：…＿??■?Ｓａｆｉｗｉ?１１７?■?—Ｊ??ＣＫ?ＷＦ?〇〇???／?Ｖ?■?Ｊ??图１－５?Ｈ型电解池装置示意图??Ｆｉｇ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｈ－ｔｙｐｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｅｌｌ??外电场的构建也会影响半导体与电解质间费米能级的对准。从本质上来说，在催??化体系中外加电位就是从体系中移出（阳极极化）／注入（阴极极化）电子，这就必然??会导致体系能带结构发生变化。但是半导体内部费米能级相对于其导／价带位置并不会??发生变化［２７］，而是由空间电荷层承担了全部所施加的电位变化。在实际的三电极催化??体系中，存在与半导体电极相平行的辅助电极，假设两者费米能级相同，且外加偏压??为０Ｖ时，半导体空间电荷层的能带结构与内部相同，没有发生变化；若向半导体电??极施加负电位，则存在一个由辅助电极指向半导体电极的电场使半导体空间电荷层能??带向下弯曲。??６??
?第…章绪论???ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ?，．?ｐｌａｔｅ??ｒ１????＾???ＣＢ?＋?ＣＢ??ＣＢ＿ｔｉ＾?Ｉ－Ｅｐｍ??＋?Ｅ＆ｓ?—ＥＦｍ?ＥＦ?ｓ￣?－?－?－?－?－?Ｊ??ｖｂｉｍ?ｒｆｍ?＾ｗｍ?＾ｍｄ?＼??Ｖ＞０?Ｖ＝０?Ｖ＜０??图１－６在没有表面状态的ｎ型半导体上，场效应引起的能带弯曲示意图［３３］??Ｆｉｇ?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ－ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂａｎｄ?ｂｅｎｄｉｎｇ?ｏｎ?ａｎ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｗｉｔｈ?ｎｏ??ｓｕｒｆａｃｅ?ｓｔａｔｅｓ＾３３］??对于ｐ型半导体，在施加负电位后，其界面处能带结构弯曲程度加大，空间电荷??层厚度加大，但如果进一步使电位负移，则可能形成反型层；相反，若向半导体电极??施加正电位，则会使表面处能带结构向上弯曲，对于ｐ型半导体则表现出能带弯曲程??度减小，空间电荷层厚度减小的现象。随着施加电位越正，空间电荷层厚度逐渐减小??ｔ＇ＭｃＥｌｌｉｓｔｒｅｍ等［３３］和Ｍａ等［３４］分别通过使用ＳＰＶ和ＰＬ来测量了这种场效应所引起??的能带结构弯曲。??＾ＳＣ?＜■＂（．?＾ｓｃ??今ｉ?ｒ?气?Ｉ４＂??￡■〇—?＾?￡＊ｃ—?＞?￡ｃ—?／?（?一?厂（＇■■?■■■?知―、－￡？??Ａ—、、?ＯｊｍｍＦ?Ｅｒ?、－－Ｅ抓?Ｅｒ?Ｅ〇＾????￡Ｖ—?＾?■?＾ＣＶＲ?Ｅｖ—?＾?°＾Ｅ＾—?＾?Ｅｖ?善?￡ｖ—?￡ｖ—、??（ｆ）?（ｃ）?（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??逐渐ｉＫ移（阳极极化?＞????电极电位?
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体电极的平带电位[J]. 崔晓莉. 化学通报. 2017(12)
[2]电沉积制备CuInS2半导体薄膜及其光学性能研究[J]. 孙倩,关荣锋,张大峰. 人工晶体学报. 2013(01)
[3]Cu2ZnSnS4类四元硫族半导体的理论研究——以二元、三元、四元半导体的演化为思路[J]. 陈时友,龚新高,Aron Walsh,魏苏淮. 物理. 2011(04)
[4]CuInS2:两步电沉积制备及性能[J]. 刘小雨,王广君,田宝丽,余腊锋,张兴堂,杜祖亮. 无机化学学报. 2008(12)
[5]CuInS2薄膜太阳能电池[J]. 周少雄,方玲. 物理. 2007(11)
[6]2000年世界能源展望[J]. 邓天洲. 能源工程. 1985(01)
博士论文
[1]高性能纳米Cu-Fe、Cu-Fe-X（Cr、Zr、P）合金的制备、结构及性能研究[D]. 韩力涛.中国科学技术大学 2019
[2]Ti3C2Tx迈科烯的电容储能机理及应用研究[D]. 胡敏敏.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]CuInS2薄膜的制备和光电催化性能研究[D]. 王亚静.北京化工大学 2017
本文编号：3606865
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４半导体表面能带结构弯曲图：本征半导体（ａ），未对准（ｂ）和对准（ｃ）的ｎ型半导体，??未对准（ｄ）和对准（ｅ）的ｐ型半导体［２７］??Ｆｉｇ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌｓ?ｎｅａｒ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ａ?ｃｌｅａｎ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：?ｕｎｄｏｐｅｄ?（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）??
制备成电极使其构成回路，光生空穴能??够轻易的通过回路与光生电子分离，从而有效提升光生载流子分离效率。另外由于外??电场的可调控性，光电催化也更适合于大规模商业化的应用。??ｐｏ（ＣｔＭｉ〇￥ｔａｉ?｛?Ｏ？?＾?？?ｇａｓ?ｃｈｒｏｍａｕｎｒｒａｐｈ％??Ｉ?Ｈ?’??Ｉ?ｉＨｉｔｌｅｉ??ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??ｍｍ?ｗ?ｔｍ?ｍｍ?ｍ?ａｍｔ?ｍｍ?ｆ?ｍｍ??１１?１?：…＿??■?Ｓａｆｉｗｉ?１１７?■?—Ｊ??ＣＫ?ＷＦ?〇〇???／?Ｖ?■?Ｊ??图１－５?Ｈ型电解池装置示意图??Ｆｉｇ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｈ－ｔｙｐｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｅｌｌ??外电场的构建也会影响半导体与电解质间费米能级的对准。从本质上来说，在催??化体系中外加电位就是从体系中移出（阳极极化）／注入（阴极极化）电子，这就必然??会导致体系能带结构发生变化。但是半导体内部费米能级相对于其导／价带位置并不会??发生变化［２７］，而是由空间电荷层承担了全部所施加的电位变化。在实际的三电极催化??体系中，存在与半导体电极相平行的辅助电极，假设两者费米能级相同，且外加偏压??为０Ｖ时，半导体空间电荷层的能带结构与内部相同，没有发生变化；若向半导体电??极施加负电位，则存在一个由辅助电极指向半导体电极的电场使半导体空间电荷层能??带向下弯曲。??６??
?第…章绪论???ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ?，．?ｐｌａｔｅ??ｒ１????＾???ＣＢ?＋?ＣＢ??ＣＢ＿ｔｉ＾?Ｉ－Ｅｐｍ??＋?Ｅ＆ｓ?—ＥＦｍ?ＥＦ?ｓ￣?－?－?－?－?－?Ｊ??ｖｂｉｍ?ｒｆｍ?＾ｗｍ?＾ｍｄ?＼??Ｖ＞０?Ｖ＝０?Ｖ＜０??图１－６在没有表面状态的ｎ型半导体上，场效应引起的能带弯曲示意图［３３］??Ｆｉｇ?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ－ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂａｎｄ?ｂｅｎｄｉｎｇ?ｏｎ?ａｎ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｗｉｔｈ?ｎｏ??ｓｕｒｆａｃｅ?ｓｔａｔｅｓ＾３３］??对于ｐ型半导体，在施加负电位后，其界面处能带结构弯曲程度加大，空间电荷??层厚度加大，但如果进一步使电位负移，则可能形成反型层；相反，若向半导体电极??施加正电位，则会使表面处能带结构向上弯曲，对于ｐ型半导体则表现出能带弯曲程??度减小，空间电荷层厚度减小的现象。随着施加电位越正，空间电荷层厚度逐渐减小??ｔ＇ＭｃＥｌｌｉｓｔｒｅｍ等［３３］和Ｍａ等［３４］分别通过使用ＳＰＶ和ＰＬ来测量了这种场效应所引起??的能带结构弯曲。??＾ＳＣ?＜■＂（．?＾ｓｃ??今ｉ?ｒ?气?Ｉ４＂??￡■〇—?＾?￡＊ｃ—?＞?￡ｃ—?／?（?一?厂（＇■■?■■■?知―、－￡？??Ａ—、、?ＯｊｍｍＦ?Ｅｒ?、－－Ｅ抓?Ｅｒ?Ｅ〇＾????￡Ｖ—?＾?■?＾ＣＶＲ?Ｅｖ—?＾?°＾Ｅ＾—?＾?Ｅｖ?善?￡ｖ—?￡ｖ—、??（ｆ）?（ｃ）?（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??逐渐ｉＫ移（阳极极化?＞????电极电位?
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体电极的平带电位[J]. 崔晓莉. 化学通报. 2017(12)
[2]电沉积制备CuInS2半导体薄膜及其光学性能研究[J]. 孙倩,关荣锋,张大峰. 人工晶体学报. 2013(01)
[3]Cu2ZnSnS4类四元硫族半导体的理论研究——以二元、三元、四元半导体的演化为思路[J]. 陈时友,龚新高,Aron Walsh,魏苏淮. 物理. 2011(04)
[4]CuInS2:两步电沉积制备及性能[J]. 刘小雨,王广君,田宝丽,余腊锋,张兴堂,杜祖亮. 无机化学学报. 2008(12)
[5]CuInS2薄膜太阳能电池[J]. 周少雄,方玲. 物理. 2007(11)
[6]2000年世界能源展望[J]. 邓天洲. 能源工程. 1985(01)
博士论文
[1]高性能纳米Cu-Fe、Cu-Fe-X（Cr、Zr、P）合金的制备、结构及性能研究[D]. 韩力涛.中国科学技术大学 2019
[2]Ti3C2Tx迈科烯的电容储能机理及应用研究[D]. 胡敏敏.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]CuInS2薄膜的制备和光电催化性能研究[D]. 王亚静.北京化工大学 2017
本文编号：3606865
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