碳點敏化反蛋白石半導體氧化物薄膜的制備及其光電性能研究.pdf

1、熒光碳量子點作為碳基納米材料“家族”新成員之一，除具有良好的熒光穩定性、無光閃爍、激發光譜寬而連續、發射波長可調諧、毒性低、生物相容性好等優點外，其優良光電轉化性質已經引起人們的關注。然而，將碳點材料作為一種光電敏化劑提高半導體材料光電性質的研究目前并不多見。
　　TiO2是一種具有性能穩定性、良好的光活性、成本低廉和環境友好的半導體材料。但由于TiO2禁帶寬度較大，只能吸收紫外區間太陽光（約占太陽光總能量4％），嚴重影響其對于太

2、陽光利用率?；诖?，如何提高光響應范圍和量子效率成為TiO2光電材料研究的熱點。Bi2O3也是一種重要的半導體材料，在氧化物半導體材料體系中占有重要的地位，其禁帶寬度為2.8 eV，其在折射率，介電常數和光電導方面的優良性質使Bi2O3成為新一代半導體光催化劑的熱門材料。而制備出多孔結構的材料、采用敏化劑進行敏化拓寬其光響應范圍是提高TiO2、 Bi2O3光響應最有效的途徑。本論文合成具有良好熒光性能的碳點材料，將所制備的熒光碳點材料作

3、為敏化劑，敏化用光子晶體模板法制備的有序多孔TiO2、Bi2O3反蛋白結構薄膜，并研究了熒光碳點敏化作用對于兩種氧化物半導體薄膜光電性質的影響。論文具體內容如下:
　　1.通過簡單的水熱法制備了具有良好熒光性能的含氮碳點，研究了不同水熱溫度、pH值和尿素加入量對所制備碳點材料熒光性能的影響。該含氮碳點材料對痕量Hg2+具有選擇性熒光猝滅，將其作為一種簡單、低成本的熒光探針用于檢測痕量Hg2+的濃度，其最低檢測極限可達到0.02μM

4、。
　　2.采用乳液聚合的方法制備出多種不同粒徑的PS微球，再利用垂直沉積自組裝的辦法制備出聚苯乙烯(PS)球光子晶體，以此為模板，鈦酸異丙酯為前驅體，制備了反蛋白石結構的TiO2薄膜(IOS TiO2)。研究了不同粒徑光子晶體薄膜對IOS TiO2結構的影響，首次將所制備的熒光碳點作為敏化劑敏化IOSTiO2薄膜。通過紫外可見漫反射光譜的測試顯示碳點的敏化拓寬了IOS TiO2薄膜的光響應范圍，提升了TiO2薄膜光電性能。碳點敏

5、化后的IOS TiO2薄膜光電流提高了5倍。
　　3.以Bi(NO3)3·5H2O，一定比例的乙二醇、乙醇制備Bi2O3前驅體, PS光子晶體為模板，首次制備出了反蛋白石結構的Bi2O3薄膜(IOS Bi2O3)，討論了退火溫度對IOS Bi2O3薄膜物相及形貌的影響。然后用碳點敏化IOS Bi2O3薄膜。紫外可見漫反射光譜的測試顯示，碳點的敏化增強了IOS Bi2O3薄膜對光的吸收。光電流測試表明，碳點敏化的IOS Bi2O3薄