二維超薄鹵氧化鉍半導(dǎo)體納米材料的可控制備及其光催化性質(zhì)研究.pdf

1、二維納米材料因其厚度尺寸和二維平面結(jié)構(gòu)的特點往往具有不同于相應(yīng)塊材的電子結(jié)構(gòu)，不但能夠影響其本征性能，還能產(chǎn)生一些新性質(zhì)，為探究如何提高光催化性能的研究方向提供了新思路。本論文旨在探索二維半導(dǎo)體納米材料的結(jié)構(gòu)特征與光催化性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，選取具有獨特層狀結(jié)構(gòu)的鹵氧化鉍(BiOX(X=Br，Cl))為研究對象，通過簡易的溶劑熱法實現(xiàn)了原子級厚度的BiOX超薄納米片的可控合成，并系統(tǒng)地探究了二維半導(dǎo)體納米材料由其原子級厚度和二維結(jié)構(gòu)特征所

2、引起的表面結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)的變化對其光催化性質(zhì)的影響，同時還研究了石墨烯基超薄異質(zhì)復(fù)合半導(dǎo)體納米材料的光催化性能。本論文的主要內(nèi)容歸納如下:
　　1.通過調(diào)控半導(dǎo)體晶體所暴露的晶面，能夠?qū)崿F(xiàn)光催化劑的性能提高。我們采用簡易的溶劑熱法可控地制備了原子級厚度的超薄BiOBr納米片，高分辨透射電鏡(HRTEM)和選區(qū)電子衍射(SAED)分析表明這些納米片的上下表面暴露的都是BiOBr的(001)活性晶面，而且活性晶面的暴露比例接近100％

3、。紫外-可見吸收光譜(UV-Vis spectra)顯示，BiOBr超薄納米片的減小還引起了能帶結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)帶和價帶邊位置的上移都有利于光生電子和空穴的分離。作為對比，我們還可控地合成了橫向尺寸相似、厚度較大的BiOBr納米盤。光催化降解羅丹明-B(RhB)的實驗結(jié)果表明BiOBr超薄納米片呈現(xiàn)出比納米盤更優(yōu)異的可見光光催化活性，這主要歸功于超薄納米片暴露的高活性晶面及其優(yōu)化的能帶結(jié)構(gòu)兩方面的因素。
　　2.近年來，半導(dǎo)體的晶面

4、工程越來越多地引起人們的研究興趣，期待能夠獲得帶有高活性晶面的半導(dǎo)體光催化劑。然而，半導(dǎo)體所暴露的活性晶面在改善其光催化性能方面的機理卻還很模糊?；谏弦粋€工作，我們通過簡單的溶劑熱法成功獲得具有高效太陽能光催化活性的BiOCl超薄納米片，幾乎能夠暴露所有到(001)晶面，并且對暴露晶面中的缺陷類型對其太陽能光催化性能的影響提出了新的更深層的見解。實驗所得的BiOCl納米片的厚度為2.7 nm，達(dá)到了原子尺寸，通過采用正電子湮沒技術(shù)的表

5、征發(fā)現(xiàn)BiOCl超薄納米片的主要缺陷從單鉍空位缺陷VBi'''變?yōu)槿瘴痪喓象w缺陷VBi'''VO··VBi'''。正是由于這種三空位缺陷締合體的形成，對BiOCl超薄納米片在可見光區(qū)的間接染料光敏化作用和在紫外光區(qū)的直接半導(dǎo)體光催化過程產(chǎn)生了綜合影響，導(dǎo)致BiOCl超薄納米片在極低的光催化負(fù)載量下顯示出顯著提高的太陽能光催化活性。在此工作中，對超薄納米片中獨特的缺陷（與塊材不同）的研究，無疑開拓了通過設(shè)計準(zhǔn)二維材料光催化劑得到高效太陽

6、能光催化活性的新方向。
　　3.基于石墨烯高的比表面和良好的電荷傳輸性等特點，結(jié)合BiOCl超薄納米片的特殊表面結(jié)構(gòu)，我們通過簡單的溶液混合的方法制備了BiOCl超薄納米片/石墨烯復(fù)合納米材料。與單一的BiOCl超薄納米片和BiOCl納米盤/石墨烯相比，該復(fù)合材料表現(xiàn)出了更高的光催化性能。性能的提高歸因于以下幾個方面:(1)暴露高比例活性晶面的BiOCl超薄納米片自身的VBi'''VO··VBi'''三空位締合體缺陷不但有利于對染