【摘 要】
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20世纪以来,随着科技的飞速发展,能源匮乏、环境恶化影响着人们的生活。当今世界需要开发清洁、可再生以及具有经济效益的替代能源。太阳能既丰富、清洁又容易获得,被认为是最有吸引力的替代能源。利用太阳能进行光催化不仅可以实现水分解制氢,还可以将二氧化碳转化成有用的碳氢燃料,因此人工光合成是一种有前途的解决方案。作为一种新型宽光谱响应光催化材料,InxGa1-xN材料引起了人们的广泛关注。而且一维InxG
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20世纪以来,随着科技的飞速发展,能源匮乏、环境恶化影响着人们的生活。当今世界需要开发清洁、可再生以及具有经济效益的替代能源。太阳能既丰富、清洁又容易获得,被认为是最有吸引力的替代能源。利用太阳能进行光催化不仅可以实现水分解制氢,还可以将二氧化碳转化成有用的碳氢燃料,因此人工光合成是一种有前途的解决方案。作为一种新型宽光谱响应光催化材料,InxGa1-xN材料引起了人们的广泛关注。而且一维InxGa1-xN纳米线的高表面积与体积比,更能显著提高其光催化和光电性能。目前许多InxGa1-xN纳米线的生长方法如氢化物气相外延法（HVPE）、分子束外延法（MBE）、金属有机化合物化学气相沉积法（MOCVD）制备成本太高,不利于其在光催化方面的大规模应用。相比之下,化学气相沉积法（CVD）工艺简单,维护方便,有可能实现InxGa1-xN纳米线催化剂的低成本制备。同时,可以通过改变生长条件调控纳米线形貌和结构,在制备纳米线上有一定的优势。为了能够控制和合理生长具有理想构型的一维InxGa1-xN纳米线,需要确定InxGa1-xN纳米线的化学气相沉积生长机理。本文采用简单高效的CVD法制备InxGa1-xN纳米线材料。探索不同因素对“气-固-液（VLS）→气-固（VS）”生长机制合成出的纳米线形貌、结构以及成分的影响,研究其生长机理、光学性质、光催化和光电性能。首先,以Ni为催化剂、乙酰丙酮镓为镓源、乙酰丙酮铟为铟源、氨气为氮源,采用Ni催化的“VLS”和“VS”方式在金属前驱体位置和数量不同的条件下,制备了不同结构的InxGa1-xN/Ga N核/壳结构纳米线和InxGa1-xN纳米线。光催化反应和光电测试发现,与InxGa1-xN纳米线相比,InxGa1-xN/Ga N核/壳结构纳米线显示了更好的光电性能,其光催化性能反而更差,这是因为,光催化性能主要取决于光生电荷向纳米线表面的转移,而光电性能则是依赖于光生电荷沿纳米线轴向的传输。在上述实验结果的基础上,系统研究了衬底、保温温度、保温时间和保温压力对InxGa1-xN/Ga N核/壳纳米线结构的影响及其可能的生长机理,阐明了核/壳结构影响光电性能的机制。我们认为通过优化生长时间和压力,运用两步法生长的InxGa1-xN/Ga N核/壳结构可以有效提高InxGa1-xN纳米线的光电性能。
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