可見(jiàn)光響應(yīng)鉍基半導(dǎo)體材料的制備及性能研究.pdf

1、堿式碳酸鉍（Bi2O2CO3）具有毒性低、穩(wěn)定性高和催化活性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前鉍基半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)材料之一。然而堿式碳酸鉍的禁帶較寬，不能有效地吸收利用可見(jiàn)光，同時(shí)光生電子和空穴對(duì)容易復(fù)合，使得在可見(jiàn)光條件下商業(yè)化堿式碳酸鉍的光催化活性很低。因此，有效地降低光生載流子的復(fù)合機(jī)率和增強(qiáng)對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)，對(duì)提高 Bi2O2CO3的光催化活性具有重要的實(shí)際意義。本文以 Bi2O2CO3為基體，通過(guò)設(shè)計(jì)異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料和非金屬摻雜兩種手段對(duì)其

2、改性。同時(shí)以尋找新型光催化材料為目的，研究了 AgBiS2在光催化和太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用。具體工作包括：
　　(1) n-n型Bi2S3/Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié)復(fù)合物的合成及性能研究
　　通過(guò)簡(jiǎn)單的離子交換法，以商品化的Bi2O2CO3為基體，成功合成不同硫化程度的Bi2S3/Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié)光催化劑。研究表明反應(yīng)體系中S2-離子的濃度能夠影響催化劑的形貌和吸光能力，5 mol％Bi2S3/Bi2O2CO3的光催化劑可

3、在30分鐘內(nèi)完全降解羅丹明B。理論能帶關(guān)系、表面光電壓、熒光光譜和光電流測(cè)試等表明復(fù)合物光催化活性的提高主要?dú)w因于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效地降低光生載流子的復(fù)合機(jī)率。
　　(2) p-n型Ag2O/Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié)催化劑的合成及機(jī)理研究
　　在n-n型 Bi2S3/Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié)催化劑的研究基礎(chǔ)上，依據(jù)半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)理論，設(shè)計(jì)了p-n型Ag2O/Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。并采用簡(jiǎn)單的光化學(xué)合成法制備不同氧化銀負(fù)載量

4、的Ag2O/Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié)復(fù)合物。在可見(jiàn)光照射下，Ag2O/Bi2O2CO3可在12分鐘內(nèi)完全降解羅丹明 B、甲基橙和甲基藍(lán)有機(jī)染料，降解效率遠(yuǎn)高出單一的Bi2O2CO3。同時(shí)熒光光譜和光電化學(xué)測(cè)試表明：在能帶位置匹配的條件下，Bi2O2CO3與窄禁帶半導(dǎo)體材料形成的異質(zhì)結(jié)，不但可以增加對(duì)可見(jiàn)光的吸收范圍，還可以降低光生電子和空穴對(duì)的復(fù)合機(jī)率，從而可進(jìn)一步提高Bi2O2CO3的可見(jiàn)光催化效率。
　　(3)鹵素?fù)诫sBi2O2

5、CO3半導(dǎo)體材料的合成及催化性能
　　采用一步水熱法合成鹵素（Cl、Br和I）摻雜的多級(jí)花球狀Bi2O2CO3半導(dǎo)體催化劑。通過(guò)控制碘的加入量，可調(diào)節(jié)樣品的禁帶寬度?？梢?jiàn)光條件下，碘摻入量為2 mmol的Bi2O2CO3具有最好的光催化性能：在6分鐘內(nèi)完全降解羅丹明B；在25分鐘內(nèi)可以還原90%的六價(jià)鉻離子。進(jìn)一步利用莫特―肖特基法測(cè)定催化劑的平帶電位，得到能帶結(jié)構(gòu)示意圖，并結(jié)合光電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：摻雜鹵素可以減小 Bi2O2C

6、O3半導(dǎo)體催化劑的禁帶寬度和增加晶格缺陷，有助于改善其光催化活性。
　　(4) AgBiS2納米晶的溶劑熱合成及性能研究
　　在混合溶劑中，采用溶劑熱法合成大小為7.6 nm的AgBiS2納米晶自組裝的超結(jié)構(gòu)。研究了反應(yīng)時(shí)間、溫度、表面活性劑的用量、醇中碳鏈長(zhǎng)度、混合溶劑比例等條件對(duì)AgBiS2納米晶的形成和超結(jié)構(gòu)的影響。探索了AgBiS2半導(dǎo)體材料在光催化降解有機(jī)染料和量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極方面的應(yīng)用。對(duì)于量子點(diǎn)敏化電