SnO2-ZnO的能帶調(diào)控及其光催化性能研究.pdf

1、 研 究 生 學(xué) 位 論 文 論文題 論文題目(中文 中文) SnO SnO2/ZnO /ZnO 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 論文題 論文題目(英文 英文) Photocatalytic properties of SnO2 and ZnO with optimized energy band 研 究 生 姓 名 研 究 生 姓 名 楊遠(yuǎn)界 楊遠(yuǎn)界 學(xué) 科 、 專 業(yè) 學(xué) 科 、 專 業(yè)

2、 材料科學(xué)與工程 材料科學(xué)與工程·材料學(xué) 材料學(xué) 研 究 方 向 研 究 方 向 光催化 光催化 學(xué) 位 級(jí) 別 學(xué) 位 級(jí) 別 碩 士 導(dǎo)師姓名、職稱 導(dǎo)師姓名、職稱 王育華 王育華 教授 教授 論 文 工 作 論 文 工 作 起 止 年 月 起 止 年 月 2014 2014 年 9 9 月 至 2017 2017 年 6 6 月 論 文 提 交 日 期 論 文 提 交 日 期 2017 2017

3、年 6 月 論 文 答 辯 日 期 論 文 答 辯 日 期 2017 2017 年 6 6 月 學(xué) 位 授 予 日 期 學(xué) 位 授 予 日 期 校址：甘肅省蘭州市 校址：甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)天水南路 城關(guān)區(qū)天水南路 222 號(hào) I SnO SnO2/ZnO /ZnO 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 摘 要 環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)成為了人類可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的絆腳石。光催化技術(shù)是解決環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題最重

4、要的手段之一。對(duì)于光催化材料的實(shí)際應(yīng)用還存在兩大關(guān)鍵問(wèn)題：（1）光響應(yīng)范圍窄，對(duì)可見光利用率低；（2）光生電子空穴對(duì)復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化量子效率低。電子結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上決定了光吸收范圍、光生載流子的轉(zhuǎn)移和分離，從而決定了光催化劑的光催化性能。以能帶工程為指導(dǎo)思想，通過(guò)均相氧空位自摻雜來(lái)優(yōu)化半導(dǎo)體光催化材料的能帶結(jié)構(gòu)，縮短帶隙并增加價(jià)帶寬度，從而增強(qiáng)材料的可見光吸收和促進(jìn)有效的電荷傳輸和分離，進(jìn)一步獲得高效穩(wěn)定的光催化性能，是近年來(lái)的工作熱點(diǎn)

5、。 本論文以 SnO2和 ZnO 半導(dǎo)體光催化材料為研究對(duì)象，通過(guò)氧空位自摻雜來(lái)調(diào)控其能帶結(jié)構(gòu)，并揭示了其光催化性能提高的機(jī)理。具體研究?jī)?nèi)容如下： 通過(guò)簡(jiǎn)單地一步水熱法合成了具有豐富氧空位自摻雜的二氧化錫納米顆粒。我們采用 X 射線光電子能譜、拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、電子順磁共振譜確認(rèn)了二氧化錫樣品含有大量的氧空位。結(jié)合第一性原理計(jì)算，從理論上揭示了缺陷二氧化錫的電子結(jié)構(gòu)：價(jià)帶頂上升，帶隙變窄，價(jià)帶變寬。價(jià)帶加寬有利于光生載流子的有效轉(zhuǎn)

6、移和分離，因此氧空位自摻雜 SnO2 表現(xiàn)出了較高的瞬時(shí)電流密度。帶隙變窄拓展了其對(duì)光的吸收范圍，因此氧空位自摻雜 SnO2 表現(xiàn)出了一個(gè)寬的吸收范圍（紫外區(qū)-可見區(qū)-近紅外區(qū)），可以更加充分地利用太陽(yáng)光。寬的光吸收范圍和高效的光生載流子轉(zhuǎn)移和分離效率進(jìn)一步地提高了材料的可見光催化性能。因此，在可見光下（λ ≥420nm），甲基橙在 20 分鐘內(nèi)就被完全分解，表明了氧空位自摻雜 SnO2 優(yōu)異的可見光催化活性。簡(jiǎn)單地說(shuō)，該工作從實(shí)驗(yàn)和理

7、論上證明了均相氧空位對(duì) SnO2 電子結(jié)構(gòu)的調(diào)優(yōu)作用，并進(jìn)一步地導(dǎo)致了其高效的可見光催化活性。 采用簡(jiǎn)單的一鍋溶劑熱法成功地制備了氧空位自摻雜SnO2量子點(diǎn)。TEM測(cè)試結(jié)果表明，SnO2量子點(diǎn)粒徑為2nm左右，且分布均勻，分散性較好。高濃度的氧空位引入使得SnO2量子點(diǎn)價(jià)帶變寬和能帶縮小，進(jìn)一步地拓展了光吸收范圍和光生載流子的轉(zhuǎn)移和分離效率,促進(jìn)光催化反應(yīng)。而且，SnO2量子點(diǎn)比表面積大，反應(yīng)位點(diǎn)多，且光生載流子從體相擴(kuò)散至表面所經(jīng)歷的