异质结铜基化合物纳米材料制备及制氢性能研究

《异质结铜基化合物纳米材料制备及制氢性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10270分类号：O469学号：152200666硕士学位论文异质结铜基化合物纳米材料制备及制氢性能研究学院：数理学院专业：凝聚态物理研究方向：光电材料与器件研究生姓名：陈秋平指导教师：张毅闻教授完成日期:2018年5月上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：异质结铜基化合物纳米材料制备与制氢性能研究学科专业：凝聚态物理学位申请人：陈秋平导师：张毅闻教授摘要随着能源紧缺和环境问题的日趋严峻，人们迫切需要寻求环境友好的新型能源来解决上述问题。自从1972年Fujishima（藤岛）和Honda（本田）首次发现使用紫外光照射n型半导

2、体TiO2光电阳极可以催化分解水的现象以来，太阳光激发下的光催化分解水制备可再生的氢能吸引了广泛关注。近年来，研究人员报道了利用化合物半导体CuInS2制备氢气。CuInS2为直接带隙p型半导体4-1材料，其禁带宽度为1.5eV，光吸收系数达到10cm，相比较TiO2能够大幅度拓宽太阳光光谱的吸收范围，是一种理想的光催化制氢材料。然而，CuInS2光催化制氢的效率还较低，提高其制氢效率成为当前研究重点。本论文提出一种新的提高CuInS2制氢转换效率的方法，其思路基于利用n型半导体与p型CuInS2半导体材料之间形成pn异质结构，这种方法

3、可以有效实现对CuInS2微粒表面的性质剪裁，提高CuInS2的稳定性与分散性。本论文以p型黄铜矿CuInS2光催化活性的研究为基础，合成了具有pn结异质结构的CuInS2纳米材料并进行光解水制氢性能的研究，探索了优化CuInS2结构，减少表面复合，提高制氢性能的方法。主要内容如下：1.热注入法制备纳米级CuInS2/XS（X=Cd、Zn、In）异质结材料与制氢性能研究。本章节中，以油胺作为溶剂和配体，采用热注入法合成了n型二元硫化物（CdS、ZnS、In2S3）修饰p型黄铜矿CuInS2纳米晶的异质结构光催化剂。通过XRD(X-ray

4、diffraction)、Raman、HRTEM(High-resolutiontransmissionelectronmicroscopy)表征了其异质结构成核的结构特征，具有较好的结晶性；UV-Vis结果表明异质结构的吸收限发生不同程度的蓝移，拓宽了光谱吸收范围；同时比较了不同化合物修饰CuInS2形成的异质结构纳米晶光催化剂的光催化制氢性能，结果显示，CuInS2/ZnS光催化剂具有最佳的产氢效果，最高效率达到-1-1了19.20μmol·g·h，计算所得量子效率为0.35%。其中，pn异质结构促进了电子和空穴的有效分离和转移是其

5、相比纯相CuInS2效率增加的主要原因。2.机械化学法制备微纳米级CuInS2/TiO2异质结材料与制氢性能研究。相比较热注入法，机械化学法通过粉碎、研磨和压缩等转化为机械能，固态反应下瞬间放热产生物理/化学变化生成目标产物，具有高能效、高产出、周期短等优I摘要上海师范大学硕士学位论文点。本章节使用机械化学法研磨化学计量比的Cu、In、S单质，合成了微纳米级别的CuInS2，通过XRD、Raman、HRTEM表征，结果表明微纳米晶具有很高的结晶度；UV-Vis结果表明产物具有较好的可见光吸收性能。在此基础上，采用机械球磨加水解钛源的方法

6、对微纳米晶CuInS2表面进行n型TiO2修饰，并对其进行了制氢性能的测试，结果发现当双（乙酰丙酮基）二异丙基钛酸酯（简称TDAA）作为钛源时，异质结构的制氢效果相比纯相微纳米晶CuInS2有明显的增加。本论文通过n型半导体与p型CuInS2半导体材料之间构建pn异质结构，有效实现对CuInS2微粒表面的性质剪裁，为进一步提高CuInS2材料的制氢转换效率提供了实验基础和理论支持。关键词：CuInS2；异质结构；制氢；热注入法；机械化学法论文类型：基础研究IIMaster'sthesisofShanghainormaluniversit

7、yAbstractThesistheme:PreparationofHeterojunctionCopper-basedCompoundNanoparticlesandTheirApplicationsonHydrogenProductionMajor:CondensedMatterPhysicsDegreeapplicant:QiupingChenSupervisor:Prof.YiwenZhangAbstractAsenergyshortagesandenvironmentalissuesbecomeincreasinglyseve

8、re,peopleurgentlyneedtoseekenvironmentallyfriendlynewenergysourcesinordertosolvetheaboveproblems.Since1