六種半導體納米材料的制備及光電催化性能研究.pdf

1、近年來，由于工業的不斷發展，大量人工有機污染物被排放到生活水源中去。這些被排放到生活用水中的有機污染物往往很難發生自然降解，更有一些有機染料和抗生素類有機物，在經過一些厭氧降解過程后會產生對人體極為有害的芳香胺類致癌物。于是，利用半導體材料對染料進行光催化降解成為了近年來科學界的一大熱門研究課題。這種技術不僅可以利用太陽光分解水制氫提供一種清潔能源，還可以降解有機污染物解決環境污染問題。因此，利用半導體材料對染料進行光催化降解的技術被視

2、為一種解決能源與環境問題的可行手段。
　　另一方面，能源危機制約著人類社會的可持續發展，如何有效地解決這一問題已成為目前人們關注的核心問題。自從Brian O'Regan與Michael Gr(a)tzel在1991年發明了染料敏化太陽能電池體系（DSCs），該體系由于具有操作簡單，環保以及具有較高的太陽能轉化為電能的能力等特點，被視為第三代可再生能源。盡管DSCs具有種種優勢，然而其高昂的造價卻使其在商業應用中受到了限制。其中一

3、個主要待解決問題就是需要找到一種價格低廉且同樣可以具有較高的太陽能轉化為電能能力的對電極材料來取代貴金屬Pt電極。盡管許多以解決此難題為目的的新型電催化劑材料被報道出來，但是在DSCs體系中依然存在著眾多問題，例如合成新穎的對電極材料以及對電極材料結構與催化性能的關系等等問題。
　　基于上述討論，我的文章主要做了以下幾方面內容的工作：
　　1）合成了兩種層狀過渡金屬氧化物納米材料。i)通過無模板劑水熱合成方法合成得到的層狀花

4、球Nb2O5材料。我們對材料的光催化降解有機染料的性能進行測試，結果是令人滿意的。此外，我們將Nb2O5材料制作成鋰離子電池負極材料，在低電流密度下測試其充放電及循環能力，Nb2O5電池展現了很好的電化學性能。其他Nb2O5相關的性能我們正在研究。ii)成功的合成了WO3·H2O納米片，并在此基礎上通過對實驗方法的調節與控制合成了層狀WO3·H2O空心球。我們對合成得到的兩種WO3·H2O材料進行了光催化能力的測試，結果發現，由于層狀W

5、O3·H2O空心球具有獨特的層狀以及空心球等特性，使其在催化反應過程中擁有了更為顯著地能力。
　　2）通過水熱合成以及后續煅燒的兩步法成功合成了微孔In2O3立方體。我們對In(OH)3–InOOH前驅體以及微孔In2O3立方體的形成機理進行了詳細的分析。微孔In2O3立方體由于具有比表面積大的特點，在紫外燈光催化降解曙紅B的試驗中展現了良好的應用能力，其催化效果為商業化In2O3的10.5倍。在對其光催化降解機理的研究中，我們發

6、現·OH，O2·-以及空穴均在催化反應過程中出現，優秀的催化能力為其三者共同作用的結果。
　　3）合成了兩種過渡金屬硫化物納米材料。i)我們通過簡單的水熱合成方法成功的合成了Bi2S3納米棒材料。這些Bi2S3納米棒具有潛在的替代商業Pt電極運用到染料敏化太陽能電池中成為對電極的能力。我們通過物理混合的方法將氧化石墨烯引入了Bi2S3材料體系制成了含有不同量石墨烯的Bi2S3對電極，發現當石墨烯的量達到一個最合適值的時候，該電極的

7、可以對I3-產生良好的催化還原作用，并且光電轉化效率得到了大大的提升。ii)利用水熱合成方法，分別使用氯化銦，硫代乙酰胺，聚乙烯醇作為In源，S源和模板劑，成功的得到了In2S3納米管與石墨烯的復合材料。對該材料進行了電催化性能的測試，發現其在催化還原I-/ I3-對方面有很好的應用性能。另外，我們將材料制作成為染料敏化太陽能電池的對電極，發現其具有良好的光電轉化效率。
　　4）利用溶劑熱方法成功的合成了由超薄BiOCl納米片所組