Au/Ⅱ—Ⅵ族半导体异质纳米晶的调控合成及其光催化性能研究

作     者：冯靖雯 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张加涛

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：阳离子交换 核壳纳米晶 yolk-shell纳米晶 光解水产氢 热电子注入 

摘      要：Au与Ⅱ-Ⅵ族半导体形成的异质纳米结构因其独特的光学、电学性能及耦合,在高效利用太阳能的光伏电池、光催化分解水产氢,发光LED、高效荧光应用等方面有广泛的科学和应用研究价值。本文以Au与Ⅱ-Ⅵ族半导体形成的核壳纳米结构及yolk-shell（Y-S）纳米结构为主要研究对象,在水相采用非外延生长与离子交换法结合的策略,制备了Au@XS（X代表Zn,Cd）异质纳米晶,对其形貌、尺寸、组分进行精确调控,并研究其在光催化领域的应用以及在光催化反应中Au与半导体相互作用因异质界面不同产生的内在机理。主要研究内容与研究结果如下:1.在水相利用非外延生长与阳离子交换法相结合,制备出了Au@Zn S核壳纳米晶,其中Au核与Zn S壳层紧密接触,Au核尺寸可以被灵活调控。对得到的纳米晶胶体进行紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱测试,发现其对可见光有很好的吸收能力。进一步对不同Au核大小的Au@Zn S核壳纳米晶进行光催化分解水产氢性能测试,发现样品在全光照射下有光催化分解水产氢活性,且Au核尺寸的改变导致了光解水产氢性能的差异。2.通过水热离子交换法一步实现了具有三种异质界面的Au@Zn S-Ag Au S/Au yolk-shell纳米晶的制备。即:金属/半导体,半导体/半导体,半导体/助催化剂三种界面的协同调控。通过调节水热离子交换反应的热力学与动力学,实现了yolk-shell纳米晶形貌、结构及组分的逐步演变。通过TEM、XRD、XPS等表征,发现yolk-shell结构的形成是由水热离子交换反应诱导Au核腐蚀然后由内向壳层外扩散导致。其UV-Vis吸收光谱及可见光光催化性能,包括增强的光催化降解亚甲基蓝活性以及光催化分解水产氢活性,证实了它们增强的光催化性能及应用。3.通过水相离子交换合成了具有准单晶壳层和高质量界面的Au@Cd S核壳纳米晶,通过调控中间体Au@Ag核壳纳米晶的壳层厚度,可以实现Au@Cd S核壳纳米晶壳层厚度由2 nm至14 nm的逐渐增加。对Au@Cd S核壳纳米晶进行中红外飞秒瞬态吸收光谱测试,证明了在可见光照射下,Au表面等离子体共振诱导热电子高效注入Cd S壳层的过程。