新型纳米复合半导体光能转换材料

摘要

本文分别用溶胶凝胶技术、高温固相反应和化合物层间修饰等技术,制备了CdS复合TiO<,2>薄膜、CdS层间插入K<,4>Nb<,6>O<,17>薄膜、新型半导体复合材料(In<,2>O<,3>)x(Ga<,2>O<,3>)y和TiO<,2-x>N<,x>,以及泡沫金属镍负载TiO<,2>等几种不同体系的光催化材料,用XRD、SEM等测试手段对材料的结构进行了表征,用材料的光降解有机物和光解水制氢性能评判材料的光催化特性,为进一步研究新型光能转换材料及其在能源和环境等相关领域的应用奠定了基础.采用溶胶-凝胶方法在普通玻璃基片上制备了透明均匀的TiO<,2>和CdS-TiO<,2>复合薄膜,用光降解有机污染物罗丹明B评判薄膜的光催化性能,研究了不同的制备条件对薄膜降解效率的影响,获得了实验条件下最佳的制备条件.CdS扩展了TiO<,2>薄膜的光谱吸收范围,增加了薄膜吸收光的效率,使TiO<,2>薄膜的光催化性能大幅度提高.采用高温固相反应和旋涂法在石英玻璃基片上制备了K<,4>Nb<,6>O<,17>薄膜,对所制备K<,4>Nb<,6>O<,17>薄膜进行离子交换、层间胺插入和硫化处理,获得了CdS层间插入的复合半导体薄膜CdS/H<,4>Nb<,6>O<,17>.XRD衍射、UV-VIS吸收光谱分析、光解水制氢等表明,所制得的薄膜和K<,4>Nb<,6>O<,17>粉末具有相同的层状结构,在有正孔捕捉剂的条件下具有明显的光解水制氢特性.初步探讨了新型光催化材料(In<,2>O<,3>)x(Ga<,2>O<,3>)y的制备条件,并进行了相关的结构和性能表征,Ga<,2>O<,3>和In<,2>O<,3>经1100℃高温固相反应形成了新的化合物(In<,2>O<,3>)x(Ga<,2>O<,3>)y,它在紫外可见光照射下可光解水产生氢气.通过氨气环境下P25粉末的高温气固反应,制备了新型光催化剂TiO<,2-x>N<,x>,制备条件直接影响N掺杂的均匀性和N掺杂量,从而影响掺杂后光催化剂的性能.用溶胶凝胶方法在金属Ni网表面负载TiO<,2>薄膜,获得了具有较高光催化活性的光催化材料,其光催化降解乙醛的降解率在实验条件下2h内可以达到98﹪,所制备材料的光催化活性与基质的预氧化温度有关,较高的预氧化温度有利于TiO<,2>薄膜的晶型发育,同时使金属镍表面具有较大的粗糙度,从而有利于获得较高的光催化活性.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1-1光能转换材料电致变色性及其在智能窗中的应用

1.1.1电致变色材料和电致变色智能窗

1.1.2 TiO2光电转换薄膜(太阳能电池)

1.1.3光电变色智能窗

1.1.4国内外研究进展综述

§1-2光能转换材料的光催化性能及其在光催化领域中的应用

1.2.1半导体的光催化作用原理

1.2.2半导体光催化剂的改性技术

1.2.3半导体光催化剂的应用领域

§1-4本研究工作的研究内容

参考文献

第二章溶胶凝胶法TiO2和TiO2-CdS薄膜的制备

§2-1引言

§2-2 TiO2薄膜光催化降解罗丹明B的研究

2.2.1 TiO2薄膜的制备

2.2.2 TiO2薄膜的结构与性能表征

2.2.3光催化性能评价

2.2.4结果与讨论

2.2.5小结

§2-3 CdS-TiO2薄膜的制备及其光催化性能研究

2.3.1 TiO2-CdS薄膜的制备和表征

2.3.2薄膜的表征

2.3.3小结

参考文献：

第三章CdS/K4Nb6O17薄膜的制备及其光解水制氢的研究

§3-1引言

3.1.1层状光催化纳米复合材料中掺杂物和载体的选择

3.1.2层状光催化纳米复合材料的研究进展

§3-2 K4Nb6O17粉末和薄膜的制备及其层间CdS插入

3.2.1 K4Nb6O17粉末的制取及其层间插入

3.2.2 K4Nb6O17薄膜的制备及其层间插入

3.2.3表征

§3-3实验结果与讨论

3.3.1 样品的结构

3.3.2样品的光吸收特性

3.3.3样品的光解水性能

§3-4小结

参考文献：

第四章新型半导体光催化材料的试制

§4-1 Ga2O3掺杂In2O3光催化剂初探

4.2.1实验

4.2.2实验结果和讨论

4.2.3小结

§4-3新型光催化剂TiO2-xNx初探

4.3.1 氮元素掺杂的理论基础

4.3.2实验

4.3.3 实验结果与讨论

4.3.4小结

参考文献：

第五章泡沫金属镍负载光催化材料的研究

§5-1引 言

§5-2实 验

§5-3 实验结果与讨论

5.3.1实验中相关工艺参数的影响

5.3.2结构表征

5.3.3光催化性能表征

§5-4 小结

参考文献：

第六章本研究报告结论与今后研究工作计划

§6-1结论

§6-2今后研究工作计划——模拟光合作用Z形反应的光解水制氢材料及体系的研究

博士后研究工作期间发表和待发表的论文

博士后研究工作期间申请的专利

博士后研究工作期间参与的科研项目

博士后研究工作期间的科研成果

致谢