CdS纳米结构的非限域/限域条件自组装

发布时间：2020-12-04 06:59

　　随着工业文明的发展,传统能源不断被消耗,从而出现了能源危机,废弃物的排放还造成了水资源的污染。因此,能源危机及水体污染成为人们当下亟需解决的难题。当日本科学家发现TiO₂在光照条件下能够分解水产生氢气和氧气后,使得光催化技术在解决新能源及处理水体污染领域具有重要的应用前景,从而促使越来越多的研究学者投身于光催化材料的开发与应用。其中,硫化镉（CdS）作为一种重要的直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,有立方闪锌矿（2.36 eV）和六方纤锌矿（2.32 eV）两种不同的物相结构,对可见光波段有吸收,具有优良的光电转换特性,是一种重要的光电材料,在太阳能电池、发光二极管、传感器、光电催化等领域具有广泛的应用。基于此,本论文以CdS为研究对象,分别研究CdS在非限域条件和限域条件下的可控自组装及其应用。首先,在非限域条件下采用水热法或混合溶剂热法选择不同的原料和表面活性剂等助剂,制备不同形貌的CdS纳米结构,分析其生长机理并应用于光催化降解模拟有机污染物亚甲基蓝。其次,为了提高CdS的光催化性能,通过金属离子掺杂、半导体复合对CdS进行改性研究。另外,由于TiO₂

【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：210 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

1纳米材料成果(a)纳米秤[1]

杨显德：CdS 纳米结构的非限域/限域条件自组装是指三维空间尺寸至少有一维尺寸在1~100 nm范围内材料，根据空间维数可以分为零维、一维、二维纳米寸都在纳米范围，如 ZnO 纳米颗粒[5]、CdS 量子点[6]（见维度尺寸处于纳米范围，如碳纳米纤维[7]、ZnO 纳米线.1.2（b））等；二维是指有一维尺寸在纳米范围，如 Moc））、Cu/Cr 纳米多层膜等[11]。相较于以上三种纳米材 nm的粒子为主体形成的块体材料称为三维材料，如金属介孔 SiO2纳米材料[14]（见图 1.1.2（d））等。

dS 呈黄色或橘黄色。CdS 是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，常温下其直接带 2.42 eV，对太阳光中的部分可见光有明显响应，其吸收系数为 104~105 cm-1有良好的光电转换特性，是一种重要的光电材料。CdS 具有强烈的自补偿效应是过剩的 Cd2+、S 空位及深受体能级影响的结果，因此 CdS 是一种 n 型半导料。而 p 型 CdS 不易形成，但是通过掺杂等手段可以制备出具有 p 型半导体的 CdS[22]。CdS 有两种不同的物相结构，一种是立方闪锌矿结构，如图 1.2.1（a）所示一种是六方纤锌矿结构，如图 1.2.1（b）所示。它们都是以正四面体堆积而成别在于不同物相间的原子层堆积次序及对称性不一样，与硫化锌的物相结构，两种物相结构的 CdS 在某些方面具有非常相近的特征[23]。立方相 CdS 是一稳态，通过高温可以转变为稳态的六方相 CdS，因此，实验室合成的 CdS 主六方纤锌矿结构。由于形成的正四面体（非完全对称）存在自身的结构缺陷 CdS 晶体具有非中心对称而带有极性，从而具备压电特性。此外，六方纤锌dS 各个晶面的表面能、极性和化学活性均不同而具有各向异性生长的特点[24]也是六方相 CdS 得到广泛研究的主要原因。


本文编号：2897190