碳量子點(diǎn)-TiO2復(fù)合光子晶體的制備及其光催化性質(zhì)研究.pdf

1、隨著世界化石能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，可再生清潔能源如太陽能的利用與開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)前國際研究熱點(diǎn)。在眾多利用太陽能的技術(shù)中，基于半導(dǎo)體材料的直接將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的光催化技術(shù)，正受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料-TiO2具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)生物無毒性、不產(chǎn)生二次污染以及廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究最為廣泛的光催化劑之一。但是TiO2存在禁帶寬度大（約3.2 eV）、量子效率低等缺陷。為了拓展TiO2的光譜吸收范圍和提高量子效

2、率，研究人員主要采取摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合以及貴金屬修飾等方法對(duì)TiO2進(jìn)行改性。除此以外，研究人員利用傳統(tǒng)材料制備出一些可以增加光吸收的特殊結(jié)構(gòu)，在材料已有的光譜吸收范圍內(nèi)進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)光的吸收，俘獲、利用更多的光子，從而產(chǎn)生更多的光生載流子，增強(qiáng)材料的光催化性能。在這些結(jié)構(gòu)中，由不同折射率的介質(zhì)材料在空間周期性排列所形成的光子晶體結(jié)構(gòu)可以有效地增加光與物質(zhì)的相作用，從而提高光催化劑的催化效率。
　　歸納本文的研究工作，主要有以下兩個(gè)方

3、面內(nèi)容：
　　一、TiO2光子晶體的制備及其光催化性能研究
　　以聚苯乙烯（PS）膠體晶體為模板，采用溶膠-凝膠法并且結(jié)合提拉技術(shù)，制備出光子晶體結(jié)構(gòu)TiO2薄膜。我們制得的大面積有序的TiO2光子晶體薄膜，該材料具有三維有序介孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。通過改變PS微球尺寸，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)TiO2光子晶體的光子帶隙的調(diào)控。進(jìn)一步的光催化性能研究發(fā)現(xiàn)，這種光子晶體結(jié)構(gòu)不僅增加了TiO2薄膜的比表面積、光在薄膜中的散射程度，更為重要的是，光子

4、晶體的慢光效應(yīng)可以幫助TiO2捕獲更多的紫外光，從而提高其光催化性能。
　　二、CQDs/TiO2復(fù)合光子晶體的制備及其光催化性能研究
　　在獲得了TiO2光子晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了拓展TiO2的光譜響應(yīng)范圍，我們電化學(xué)沉積法在TiO2光子晶體結(jié)構(gòu)中復(fù)合CQDs，并對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果表明CQDs/TiO2在全光譜下的光催化速率是參比TiO2的3倍，在可見光下的光催化速率是參比TiO2薄膜的7倍。