硫化物半导体纳米材料的可控合成和光催化性能研究

论文摘要

CdS作为一种典型的宽禁带直接半导体，室温下其禁带宽度为2.42eV，具有奇特的光学、电学、磁学、力学以及催化等性能，在众多领域具有潜在的应用价值。因此尺寸与形貌新奇、可控的纳米CdS材料的合成是近年来研究的热点。本论文以天然高分子壳聚糖为软模板，采用水热方法成功地制备了纳米CdS、ZnS空心微球，合成产物采用XRD，TEM，DRS等手段进行了表征。详细讨论了合成温度、硫源、壳聚糖浓度及壳聚糖的分子量大小对空心微球形成的影响，分析推测了空心微球的形成机理。在上述合成研究基础上，将合成的纳米CdS空心微球作为光催化剂，应用于可见光光催化制备低分子量的壳聚糖的实验中，为低分子量壳聚糖的可控制备提供了一条有效途径。实验考察了光催化剂用量、壳聚糖浓度及反应气氛等因素对光催化氧化降解反应的影响，推测了CdS可见光催化制备低聚壳聚糖的机理。另外，鉴于天然水体中表面活性剂的广泛存在，本论文以具有可见光催化活性的CdS为光催化剂，用甲基橙和罗丹明B两种难降解的离子型染料为探针分子，详细讨论了两种具有代表性的阴阳离子表面活性剂十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵作为外加组分对染料的光催化降解性能的影响，推测了染料的降解机理。试图为光催化效率的提高和光催化技术的实际应用提供一定的实验依据和理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米科技和纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的分类
• 1.1.2 纳米材料的特性
• 1.1.3 纳米材料的应用前景
• 1.1.4 纳米材料的模板法合成
• 1.2 CdS纳米半导体材料合成进展
• 1.2.1 零维CdS半导体的控制合成
• 1.2.2 一维CdS半导体的控制合成
• 1.2.3 二维CdS半导体的控制合成
• 1.2.4 特殊形貌结构CdS的控制合成
• 1.3 CdS半导体纳米材料在光催化化学中的应用
• 1.3.1 纳米半导体材料光催化化学
• 1.3.2 半导体光催化氧化反应机理
• 1.3.3 纳米半导体光催化剂
• 1.4 影响半导体光催化反应的因素和提高光催化活性的途径
• 1.4.1 催化剂结构对光催化活性的影响
• 1.4.2 外加组分对催化剂性能的影响
• 1.4.3 外场效应的影响
• 1.4.4 载体效应
• 1.5 论文构思
• 第2章 纳米CdS、ZnS空心微球的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料和仪器
• 2.2.2 样品表征
• 2.2.3 空心微球的合成方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 CdS空心微球的表征与分析
• 2.3.2 CdS空心球形成的影响因素
• 2.4 CdS、ZnS纳米空心微球形成的机理讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 CdS空心微球光催化合成低聚壳聚糖的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料和仪器
• 3.2.2 催化剂的合成
• 3.2.3 低聚壳聚糖的合成方法
• 3.2.4 光催化实验装置
• 3.2.5 样品的表征
• 3.2.6 特性粘度和粘度降低率的测定
• 3.2.7 壳聚糖降解前后的TOC的测定实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 催化剂的表征与分析
• 3.3.2 可见光下催化合成低聚壳聚糖
• 3.3.3 催化剂用量对壳聚糖降解的影响
• 3.3.4 壳聚糖浓度对其降解的影响
• 3.3.5 本体CdS与合成纳米CdS空心球对降解的影响
• 3.3.6 壳聚糖的结构表征
• 3.3.7 壳聚糖降解前后TOC的测定结果
• 2和O₂气氛中壳聚搪的降解'>3.3.8 N₂和O₂气氛中壳聚搪的降解
• 3.3.9 降解机理的推测
• 3.4 本章小结
• 第4章 表面活性剂对CdS光催化降解染料的性能影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料与仪器
• 4.2.2 光催化剂的制备
• 4.2.3 样品的表征
• 4.2.4 光催化实验内容
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 催化剂的表征
• 4.3.2 阴离子表面活性剂对光催化性能的影响
• 4.3.3 阳离子表面活性剂光催化性能的影响
• 4.3.4 本体CdS和合成的纳米CdS的光催化对照实验
• 4.3.5 矿化率的测定
• 4.3.6 降解机理的讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历