几种纳米材料的制备、分析、表征及其应用研究

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本博士学位论文中,作者利用电化学原子层沉积(EC-ALD)和液相还原法等技术分别制备了CuInS2等几种功能纳米材料,进而采用表面分析、化学成分分析、物理指标分析以及多种电化学分析手段系统表征了所制备的材料,探讨了其在光电催化、有机物降解等领域的应用。主要内容包括:1.采用EC-ALD法在多晶金基底上成功制备了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族的半导体化合物CuInS2(CIS)。具体是首先用循环伏安法(CV)确定了每种元素的最佳沉积电位,然后用计时电流法(I-t)制备了该半导体化合物。接下来利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等手段表征了所得CIS材料。XRD结果表明,CIS薄膜有(112)择优取向的晶体学性质;XPS分析表明,CIS薄膜中,Cu、In和S的原子比例约为1:1:2; FT-IR结果证明发现CIS材料的半导体带隙为1.50eV。2.采用EC-ALD法在多晶金基底上制备了Ⅳ-Ⅵ族的半导体化合物Pb1-xSnxSe(x=0.2)薄膜。由CV法和I-t技术确定的各元素沉积顺序为:(Se/Pb/Se/Pb/Se/Pb/Se/Pb/Se/Sn...),即每个沉积周期分别是由四个PbSe和一个SnSe的沉积循环组成。通过FE-SEM观察了其形貌;利用XRD研究了其晶体结构;XPS表明沉积物中Se、Pb和Sn的比例约为1.0:0.8:0.2,与预期的化学计量比基本一致;开路电位技术(OCP)研究表明了该沉积物具有典型的p-型半导体性能,其良好的光电性质使其非常适合于制作光电开关。3.用一步溶剂热法合成了磁性的ZnFe2O4/石墨烯(ZnFe2O4/rGO)复合物。研究发现在氧化石墨被还原成石墨烯的同时,ZnFe2O4粒子可直接负载在石墨烯的表面;H2O2的存在与分解可产生羟基自由基(·OH),使得ZnFe2O4/rGO体系具有较强的可见光-光催化活性,对有机物罗丹明B(RhB)、甲基橙(MO)和亚甲基兰(MB)能够快速降解;该复合物的磁性使其能在溶液中被磁性分离而循环使用。4.将还原的氧化石墨(rGO)包覆于胺功能化Fe3O4磁性纳米球(AMs)表面,进而负载贵金属纳米粒子Pt,制得了具催化活性的Pt-rGO-AMs复合纳米材料。首先使Fe3O4表面氨基化使其带正电荷,然后通过静电层-层自组装包覆带负电荷的氧化石墨(GO);再通过多元醇还原反应将Pt纳米颗粒负载在GO表面,同时GO被还原成rGO。所制备的催化剂Pt-rGO-AMs可以尽可能多的把Pt纳米颗粒暴露于材料的表面,因而对甲醇的催化氧化具有更好的电化学活性和稳定性。5.在rGO包覆有胺功能化的Fe304磁性纳米球上负载PdPt合金催化层,制得了PdPt-rGO-AMs复合纳米材料。利用XRD、FE-SEM、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)等手段表征了该复合材料。电化学研究表明在相同条件下该材料对甲醇的催化活性比一元金属Pt-rGO-AMs更好、更稳定;当甲醇浓度在0.025到1.40mol/L的范围内时,甲醇的氧化峰电流密度与其浓度呈良好的线性关系,可用于甲醇的检测。
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