基于等離子基元、量子點修飾的半導體材料的光電性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)作為一種優(yōu)良的明星無機半導體材料，廣泛應用于一些光致誘導的應用過程。然而，其3.0 eV-3.2 eV的能隙寬度使其只能對紫外波段的入射光有響應，對于可見光卻無法有效利用。因此，這就需要對TiO2材料進行修飾改性，以減小整個體系的能隙寬度，選擇合適的敏化修飾材料以及通過設計體系的形貌結構來提升光子的吸收效率對該體系十分重要。另外，等離子基元材料由于其獨特的局域表面等離子體性質，近年來獲得了廣泛的研究和應用，其中金納米

2、棒由于其長徑比可調的特性，具有很大的吸收峰浮動范圍，成為其中的研究熱點。在此基礎上，對于金納米棒的光催化性質的研究和應用具有十分重要的意義，本文從以下幾個方面開展了相關工作:
　　1、設計并采用石墨烯量子點（Graphene quantum dots，GQDs）敏化二氧化鈦納米纖維，GQDs的能隙寬度經循環(huán)伏安法測量僅為1.15eV，可以直接吸收可見光光子，將其轉化為電子傳輸?shù)蕉趸亴В罱K形成光電流。本文具體研究了各反應條件

3、對復合材料光電性能的影響，發(fā)現(xiàn)混合晶型的二氧化鈦作為光陽極材料時比單獨的銳鈦礦或者金紅石型的二氧化鈦表現(xiàn)的光電性能更好。另外，GQDs的含氮量越高，體系的光電性能越優(yōu)越。本文對不同波長的入射光對體系光電性能的影響進行研究，發(fā)現(xiàn)只有450nm-480nm和550nm以上波長的光子才可以有效提升光電流的數(shù)值，并分別對應normalPL和反stokes PL機理。GQDs的存在大大降低了體系的能隙寬度，使得體系對更高波長的光子有響應，從而拓寬

4、了其光電和光伏應用。
　　2、設計并制備了金納米棒修飾的紅毛丹狀二氧化鈦微球結構，并以羅丹明B的光降解反應作為模型反應來表征該材料的光催化活性。金納米棒在體系中的作用不僅僅是產生熱電子參與反應，其光熱效應也提升了降解反應的反應速率。紅毛丹狀的微球結構被證明可以大幅提升體系的光電和光催化活性，紅毛丹狀納米微球表面均勻分布的TiO2多枝結構給了光子在TiO2微球表面多次反射的機會，從而增進了光子的吸收效率，進而提升了羥基自由基的產量和

5、光熱效應的效果。與納米線狀結構比較，在負載了金納米棒以后，其作為光催化劑單位時間內所生成的可用于產生羥基自由基的熱電子為后者負載金納米棒后產生的2.5倍，負載在其上的金納米棒單個的平均發(fā)熱功率是其4.4倍。另外，負載金納米棒后，由于羅丹明B在TiO2微球表面的吸附方式的改變，其降解路徑變?yōu)閮?yōu)先進行脫乙基反應的反應方式。這種全新的形貌設計為光催化劑的研究和發(fā)展提供了一個新的思維方式。
　　3、選用經典的種子法制備金納米棒，并研究了各

6、反應條件的改變對金棒長徑比的影響。在種子法制備的金納米棒的基礎上，采用第二步的生長法制備得到了具備凹凸結構的啞鈴型的金納米棒結構。本文引用了一個θ值的概念來代表該結構的凹凸程度，這個值隨第二步法金離子的加入量的增大而首先增大，達到一個極值后隨后減小。以對硝基苯酚的還原反應作為模型反應，啞鈴型金納米的催化活性與直棒相比優(yōu)勢明顯，并且其光催化活性與θ值的大小相對應，并在可見光照射時活性更高。這種表面改性的金納米棒為金納米棒催化劑的應用和發(fā)展

7、提供了一個新的方向。
　　4、采用啞鈴型金納米棒作為光催化劑來還原氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)片層制備還原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide，RGO)，LSPR作用使金納米棒在可見光照射下產生熱電子，在反應中同時起到了催化劑和造孔劑的作用。與金納米棒接觸的GO總是首先開始破裂并發(fā)生反應，并最終將GO片層切割成一片一片的小塊的RGO片。該方法制備RGO方便快捷、效率極高，生成得到的RGO相較