碳點敏化反蛋白石半導(dǎo)體氧化物薄膜的制備及其光電性能研究.pdf

1、熒光碳量子點作為碳基納米材料“家族”新成員之一，除具有良好的熒光穩(wěn)定性、無光閃爍、激發(fā)光譜寬而連續(xù)、發(fā)射波長可調(diào)諧、毒性低、生物相容性好等優(yōu)點外，其優(yōu)良光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)已經(jīng)引起人們的關(guān)注。然而，將碳點材料作為一種光電敏化劑提高半導(dǎo)體材料光電性質(zhì)的研究目前并不多見。
　　TiO2是一種具有性能穩(wěn)定性、良好的光活性、成本低廉和環(huán)境友好的半導(dǎo)體材料。但由于TiO2禁帶寬度較大，只能吸收紫外區(qū)間太陽光（約占太陽光總能量4％），嚴重影響其對于太

2、陽光利用率?；诖?，如何提高光響應(yīng)范圍和量子效率成為TiO2光電材料研究的熱點。Bi2O3也是一種重要的半導(dǎo)體材料，在氧化物半導(dǎo)體材料體系中占有重要的地位，其禁帶寬度為2.8 eV，其在折射率，介電常數(shù)和光電導(dǎo)方面的優(yōu)良性質(zhì)使Bi2O3成為新一代半導(dǎo)體光催化劑的熱門材料。而制備出多孔結(jié)構(gòu)的材料、采用敏化劑進行敏化拓寬其光響應(yīng)范圍是提高TiO2、 Bi2O3光響應(yīng)最有效的途徑。本論文合成具有良好熒光性能的碳點材料，將所制備的熒光碳點材料作

3、為敏化劑，敏化用光子晶體模板法制備的有序多孔TiO2、Bi2O3反蛋白結(jié)構(gòu)薄膜，并研究了熒光碳點敏化作用對于兩種氧化物半導(dǎo)體薄膜光電性質(zhì)的影響。論文具體內(nèi)容如下:
　　1.通過簡單的水熱法制備了具有良好熒光性能的含氮碳點，研究了不同水熱溫度、pH值和尿素加入量對所制備碳點材料熒光性能的影響。該含氮碳點材料對痕量Hg2+具有選擇性熒光猝滅，將其作為一種簡單、低成本的熒光探針用于檢測痕量Hg2+的濃度，其最低檢測極限可達到0.02μM

4、。
　　2.采用乳液聚合的方法制備出多種不同粒徑的PS微球，再利用垂直沉積自組裝的辦法制備出聚苯乙烯(PS)球光子晶體，以此為模板，鈦酸異丙酯為前驅(qū)體，制備了反蛋白石結(jié)構(gòu)的TiO2薄膜(IOS TiO2)。研究了不同粒徑光子晶體薄膜對IOS TiO2結(jié)構(gòu)的影響，首次將所制備的熒光碳點作為敏化劑敏化IOSTiO2薄膜。通過紫外可見漫反射光譜的測試顯示碳點的敏化拓寬了IOS TiO2薄膜的光響應(yīng)范圍，提升了TiO2薄膜光電性能。碳點敏

5、化后的IOS TiO2薄膜光電流提高了5倍。
　　3.以Bi(NO3)3·5H2O，一定比例的乙二醇、乙醇制備Bi2O3前驅(qū)體, PS光子晶體為模板，首次制備出了反蛋白石結(jié)構(gòu)的Bi2O3薄膜(IOS Bi2O3)，討論了退火溫度對IOS Bi2O3薄膜物相及形貌的影響。然后用碳點敏化IOS Bi2O3薄膜。紫外可見漫反射光譜的測試顯示，碳點的敏化增強了IOS Bi2O3薄膜對光的吸收。光電流測試表明，碳點敏化的IOS Bi2O3薄