论文部分内容阅读
21世纪人类社会面临的严峻问题是能源短缺和生态环境的严重破坏给我们带来前所未有的生存危机感。如何有效解决我们所面临的难题是目前最重要的责任,因此开发绿色能源和治理环境污染是目前科学和工程领域最重要的课题之一。利用半导体纳米材料作为光催化剂,通过其独特的光催化特性降解废水中的难以降解的有机物是解决世界环境问题的重要途径。而且,光催化降解技术具有无二次污染,效率高、能耗低、廉价方便、可重复利用等优势。近年来,通过控制光催化剂的形貌和尺寸等来改善其光催化性能已成为半导体光催化领域的研究热点之一。作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,ZnS具有独特的光电性质和良好的化学和热稳定性,是一种潜在的高效光催化剂,能够将有机物逐步分解为小分子,最终转化为二氧化碳和水。本文采用化学浴沉积法和CVD法制备了ZnS纳米颗粒和纳米线,系统研究了样品的形貌、结构和成分等对其光学性能和光催化性能的影响。取得如下几点的研究成果:(1)采用化学浴沉积法制备了立方相结构的ZnS纳米颗粒。制备的ZnS纳米颗粒尺寸均匀、分散性良好。通过调节反应的水浴温度实现了样品颗粒尺寸的控制。XRD分析表明这些颗粒由更小的纳米晶粒聚集而成;其比表面为43.11m2/g。此外,反应物比例和反应时间对样品形貌和尺寸有较大影响。基于对实验结果的分析,提出了ZnS纳米颗粒的初步形成机理。(2)以亚甲基蓝为目标降解物,在紫外光照的条件下进行了光催化实验,分析ZnS的光催化活性。实验结果表明,在95℃条件下制备的ZnS样品显示出最高的光催化活性,在20nim内就把浓度为3.13×10-5mol/L的亚甲基蓝全部降解。同时,ZnS样品在可见光辐照下也表现出较好的光催化效果,展现出商用的潜在价值。(3)采用改进的CVD法合成了一维ZnS纳米结构,并探究了ZnS纳米线的形貌、晶体结构和光学性质。实验获得了均匀的ZnS纳米线,纳米线的直径为60-100nm之间,长度为十几到几十微米,所制备的ZnS纳米线为立方相结构。PL测试发现合成的ZnS样品具有一个峰值波长在337nm左右的带边发光峰。其表面光电压特性表明制备的ZnS纳米线有着较大的光伏响应。