錫氧化物納米材料和氧化石墨烯基復(fù)合材料的制備及光學(xué)性能.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口數(shù)量的不斷增加，環(huán)境污染問題更加嚴(yán)重，解決環(huán)境污染問題受到人們的高度重視。SnO2是一種N型半導(dǎo)體，室溫下禁帶寬度大約是3.5eV，表現(xiàn)出良好的化學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性能，這些優(yōu)勢使得SnO2在諸如光催化劑、氣敏器件、鋰離子電池電極材料、染料敏感電池、超級電容器、透明導(dǎo)電薄膜以及其他光電器件方面具有巨大的應(yīng)用價值。同時，石墨烯是由C原子組成的正六邊形構(gòu)成的單層C原子層，也由于其優(yōu)秀的電學(xué)和光學(xué)性能使得其在諸如光

2、電探測器、光學(xué)調(diào)節(jié)器件、超快激光器等光電器件方面擁有著巨大的潛在應(yīng)用價值。
　　眾所周知，納米材料的粒子尺寸、形貌、生長方向和結(jié)晶度對納米材料以及由此材料設(shè)計而成的器件的光學(xué)和電學(xué)性能具有相當(dāng)大的影響，因此，在諸如SnO2和石墨烯的零維量子點、納米帶、納米棒、納米片、層狀結(jié)構(gòu)等各種尺寸和形貌的設(shè)計和制備方面，已經(jīng)得到了廣泛的研究。
　　在本文中，我們主要研究了花狀氧化錫異質(zhì)結(jié)構(gòu)對R6G的光催化性能以及其光學(xué)性能，并且研究了三

3、明治結(jié)構(gòu)氧化石墨烯與Ag納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)對于四氯聯(lián)苯的SERS性能。具體內(nèi)容如下:
　　通過水熱法在180℃，18小時水熱條件下一步合成空心花狀納米結(jié)構(gòu)SnO和Sn3O4Ⅱ型異質(zhì)結(jié)構(gòu)。然后分別在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃溫度下退火研究其相變以及光催化性能。研究表明，在退火溫度升高時，SnO逐漸轉(zhuǎn)化為Sn3O4，并且在退火溫度升至500℃時，SnO和Sn3O4Ⅱ型異質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為Sn3O4和SnO2的Ⅰ型異質(zhì)結(jié)

4、構(gòu)，在退火溫度升至700℃時，所得樣品主要由SnO2構(gòu)成。進一步對所得樣品和AmoP25的光催化性能進行比較和研究發(fā)現(xiàn)SnO和Sn3O4Ⅱ型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的樣品的光催化性能最好，光催化效率是2.3×10-3min-1。這是由于Ⅱ型異質(zhì)結(jié)構(gòu)SnO/Sn3O4對電子和空穴具有很強的分離能力。
　　在第一個工作的基礎(chǔ)上，研究了合成的樣品和經(jīng)過400℃、600℃和700℃退火處理樣品的光學(xué)性能，并對錫氧化物的結(jié)構(gòu)相變進行了仔細討論。研究表明，原

5、位合成的樣品主要由SnO和Sn3O4構(gòu)成，并且含有微量的SnO2。隨著退火溫度的升高，樣品主要成份轉(zhuǎn)化為Sn3O4和SnO2。拉曼測試譜進一步表明，SnO(Sn3O4)大約在420℃轉(zhuǎn)化為SnO2，帶邊吸收譜表明SnO、Sn3O4和SnO2的帶邊大概是2.8eV、2.1～2.3eV，3.4～3.6eV，PL譜表明所有的樣品都有420nm、450nm、470nm、495nm和530nm的發(fā)光峰，經(jīng)過700℃退火的樣品在377.5nm和39

6、9nm處有發(fā)光峰。由于大的比表面積和可見光范圍內(nèi)加強的發(fā)光峰，合成的花狀錫氧化物可在鋰離子電池和光催化劑領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用價值。
　　本論文的另一部分工作是采用液相激光燒蝕技術(shù)結(jié)合自組裝技術(shù)，制備出氧化石墨烯和Ag納米粒子復(fù)合的三明治結(jié)構(gòu)納米材料。首先在攪拌中的氧化石墨烯膠體溶液中懸置Ag靶，然后用激光燒蝕Ag靶，Ag納米粒子瞬間生長在氧化石墨烯片，形成Ag納米粒子/氧化石墨烯復(fù)合材料的膠體溶液。其次將得到的膠體溶液置于燒杯中，于

7、80℃油浴中加熱，在玻璃燒杯液面處即可得到一層膜狀產(chǎn)物，即Ag納米粒子/氧化石墨烯復(fù)合材料的三明治結(jié)構(gòu)薄膜。在表面增強拉曼散射應(yīng)用方面，此薄膜聯(lián)合了銀納米顆粒的物理增強（同一層及多層間銀納米顆粒的耦合）和石墨烯材料的化學(xué)增強作用，對R6G標(biāo)準(zhǔn)分子的探測極限可達10-14mol/L，顯示出巨大的增強能力，同時具有良好的信號均勻性和重復(fù)性。此外，該結(jié)構(gòu)薄膜能阻止銀納米顆粒的氧化，并且石墨烯能有效捕獲芳香族有機分子（大Π鍵相互作用），對諸如多