关键词:
金属氧化物纳米材料
微观结构
生长机理
光催化性能
密度泛函理论计算
摘要:
随着纳米科技的发展,纳米光电材料展现出比块材更加优异的物理化学性能。因此,纳米光电材料的研发工作引起了人们的广泛兴趣。近几年来研究发现,金属氧化物纳米光电材料由于其独特的物理化学性能和简便的制备工艺,使其在环境保护、纳米光电子器件以及太阳能电池中呈现出巨大的应用前景。本论文详细研究了氧化亚铜纳米颗粒、有机染料/二氧化钛及氧化铜/氧化亚铜纳米杂化材料等金属氧化物纳米半导体材料的微观结构及其光电性能,阐明了其生长机理,关联了材料微观结构与宏观物化性能。主要研究内容如下:(1)在不同温度下,通过调控电化学沉积过程的电流密度与反应时间,保持总电量不变,制备出不同形貌的Cu2O纳米晶。利用扫描电子显微镜和紫外分光光度计探讨了不同实验条件对沉积产物的形貌、尺寸及成分的影响,进一步深入地研究了Cu2O纳米晶电化学沉积的生长机制。(2)利用无电极沉积法制备出形貌规则的Cu2O纳米八面体颗粒,并通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对不同金属基底上得到产物的微观结构进行了细致的研究,并提出了其生长机理模型。此外,探究了Cu2O纳米八面体的光学性能及其光催化活性。(3)利用自组装技术制备出有机染料与TiO2纳米颗粒杂化的有机/无机杂化纳米材料。利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其微观结构进行了细致的观察研究,发现有机分子优先吸附于TiO2纳米颗粒的{101}面,并与其光学性能进行关联。利用密度泛函理论深入地探究了有机染料分子在TiO2纳米颗粒{101}表面的择优吸附。(4)Cu2O/CuO纳米杂化材料微观结构的前期研究工作发现,生长在CuO纳米线上的Cu2O纳米颗粒存在纳米立方体和纳米八面体两种结构,其中八面体形貌所占比例约为80%。本论文利用紫外-可见吸收光谱检测Cu2O/CuO纳米杂化材料光催化降解甲基橙的活性,发现其光催化活性有了显著的提升,并利用密度泛函理论探究了Cu2O/CuO纳米杂化材料的光催化活性改善的机理。