硅纳米线复合阵列结构的制备与光催化性能研究

论文摘要

硅纳米线材料是近年来发展起来的一种新型的非常重要的纳米半导体材料,与其块体材料相比,显现出奇异的物理和化学特性,其应用也越来越广泛,成为了目前纳米技术领域科学研究的热点和前沿之一。在光催化降解环境污染物领域,硅纳米线复合结构因其具有高的电化学稳定性,高效的电子-空穴分离效率,以及易于选择的可见光吸收半导体能带等优势被广泛地研究,展现出重要的应用价值。本文采用金属催化化学腐蚀法制备出硅纳米线阵列,通过对硅纳米线进行表面修饰,制备了Bi2SiO5/Si和Cu2O/Si纳米线复合阵列结构,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和紫外可见光分光光度计等仪器对其形貌、微观结构和光催化性能进行了系统的研究,取得了以下的主要研究结果:1.采用金属催化化学腐蚀法成功地制备出硅纳米线阵列,并对其形貌和微观结构进行了系统的表征,发现硅纳米线排列规整、取向一致,直径在30200 nm之间,长度约为65μm,生长方向为原始单晶硅片的晶向[100]方向,且具有单晶特征。2.采用浸涂退火法成功地在硅纳米线表面实现Bi2SiO5修饰,发现修饰后硅纳米线的长度、形貌和微观结构的固有特征在处理过程中没有被破坏。以甲基橙有机染料作为被降解物研究其光催化性能,发现复合结构的紫外光催化降解能力相对硅纳米线阵列有大幅提高;提出了其光催化降解机制,认为Bi2SiO5/Si纳米线复合阵列结构中的异质结有效地提高了电子-空穴的分离效率,从而增强了其光催化降解能力。3.采用化学镀退火法制备出了具有p-n结特征的Cu2O/Si纳米线复合阵列结构,研究发现Cu2O/Si纳米线复合阵列结构仍保持了硅纳米线的长度、形貌和微观结构的固有特征。以其作为光催化剂催化降解甲基橙有机染料,光催化结果表明复合结构的可见光催化降解能力相对硅纳米线阵列更优异,认为Cu2O/Si纳米线复合阵列结构中的p-n结结构更有利于电子-空穴的产生与分离,从而提高了Cu2O/Si纳米线复合阵列结构的光催化活性和光催化稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硅纳米线的制备方法
• 1.2.1 金属催化化学腐蚀法
• 1.2.2 气-液-固法
• 1.2.3 固-液-固法
• 1.2.4 氧化物辅助生长法
• 1.2.5 有机溶液生长法
• 1.2.6 其他方法
• 1.3 硅纳米线的性能研究
• 1.3.1 硅纳米线的光学性能
• 1.3.2 硅纳米线的电学性能
• 1.3.3 硅纳米线的热传导性能
• 1.3.4 硅纳米线的磁学性能
• 1.3.5 硅纳米线的光催化性能
• 1.4 硅纳米线复合结构的制备方法
• 1.4.1 一步合成法
• 1.4.2 二步合成法
• 1.5 硅纳米线复合结构的应用研究
• 1.5.1 场效应晶体管
• 1.5.2 场发射
• 1.5.3 太阳能电池
• 1.5.4 锂离子电池负极材料
• 1.5.5 生物和化学传感器
• 1.5.6 热电材料
• 1.5.7 光催化
• 1.6 论文的选题以及主要内容
• 第2章 硅纳米线阵列的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 硅纳米线阵列的制备
• 2.2.1 样品的制备
• 2.2.2 样品的表征与结果分析
• 2.3 小结
• 2Si0₅/Si 纳米线复合阵列结构的制备、表征与光催化性能研究'>第3章 Bi₂Si0₅/Si 纳米线复合阵列结构的制备、表征与光催化性能研究
• 3.1 引言
• 2Si0₅/Si 纳米线复合阵列结构的制备'>3.2 Bi₂Si0₅/Si 纳米线复合阵列结构的制备
• 3.2.1 样品的制备
• 3.2.2 样品的表征与结果分析
• 2Si0₅/Si 纳米线复合阵列结构的光催化性能研究'>3.3 Bi₂Si0₅/Si 纳米线复合阵列结构的光催化性能研究
• 3.3.1 光催化性能
• 3.3.2 光催化机理
• 3.4 小结
• 20/Si 纳米线复合阵列结构的制备、表征与光催化性能研究'>第4章 Cu₂0/Si 纳米线复合阵列结构的制备、表征与光催化性能研究
• 4.1 引言
• 20/Si 纳米线复合阵列结构的制备'>4.2 Cu₂0/Si 纳米线复合阵列结构的制备
• 4.2.1 样品的制备
• 4.2.2 样品的表征与结果分析
• 20/Si 纳米线复合阵列结构的光催化性能研究'>4.3 Cu₂0/Si 纳米线复合阵列结构的光催化性能研究
• 4.3.1 光催化性能
• 4.3.2 光催化机理
• 4.4 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文