【摘 要】
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随着环境污染和气候变暖等的问题日益严重,利用太阳能等清洁能源替代化石能源,减少二氧化碳的排放已经成了当今研究的热点。目前,对太阳能的开发和利用主要包括4个方面的内容:光热转换、光电转换、光生物质转换和光化学转换。其中,利用光生伏特的发电原理,制备光电功能材料,并应用于光伏电池,是解决能源危机的关键技术。而利用光催化原理降解环境中的有害物质,则是解决环境问题的关键所在。在众多的光响应材料中,硒化锑具
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随着环境污染和气候变暖等的问题日益严重,利用太阳能等清洁能源替代化石能源,减少二氧化碳的排放已经成了当今研究的热点。目前,对太阳能的开发和利用主要包括4个方面的内容:光热转换、光电转换、光生物质转换和光化学转换。其中,利用光生伏特的发电原理,制备光电功能材料,并应用于光伏电池,是解决能源危机的关键技术。而利用光催化原理降解环境中的有害物质,则是解决环境问题的关键所在。在众多的光响应材料中,硒化锑具有廉价无毒、光电性能优异的特点。为此,本课题针对硒化锑的电子迁移率较低的问题,采用熔融淬火法构筑Sb2Se3/Cu2GeSe3基异质结结构,获得了优良的光电性能和光催化活性。与此同时,通过湿化学法制备了Sb2Se3/Cu3Sb Se4体系,其性能略逊一筹。本次研究取得的成果如下:（1）硒化锑基材料的光电性能研究:通过熔融淬火法,制备出GeSe2-Sb2Se3体系玻璃陶瓷,同时掺入一定量的Cu I,探究Ge、Sb、Cu的不同掺杂比例对玻璃陶瓷形貌结构和光电性能的影响。其中,组分为40GeSe2-40Sb2Se3-20Cu I的玻璃陶瓷,在325℃下热处理1h后,能获得优异的光电性能,其电导率约为10-2S/cm,在0.6V偏压下光电流为75μA/cm~2。电导率和光电流的提升源于异质结结构的作用。颗粒状的Cu2GeSe3晶体弥散于棒状的Sb2Se3晶体中,互相穿插形成异质结网络,Cu2GeSe3可作为导电通道来促进光生载流子的分离和传输,从而提升光致电荷的产率和迁移效率,因此可提高电导率和光电流强度。（2）硒化锑基材料的光催化活性研究:以Cu+掺杂GeSe2-Sb2Se3体系玻璃陶瓷颗粒为基,在可见光条件下催化降解甲基橙溶液,探究其结构对光催化活性的影响。将玻璃陶瓷磨成粉体后进行光催化活性的测试,取出40mg粉体,在可见光照射下催化分解甲基橙20mg/L的MO。通过本次研究发现,40GeSe2-40Sb2Se3-20Cu I配比的玻璃陶瓷中,MO溶液的降解率达到92.4%,远优于二氧化钛P25和不含Cu+样品的降解效果。这是因为Cu2GeSe3和Sb2Se3都属于窄带隙半导体,在可见光下禁带中的电子就能被激发进入导带,两者可形成p-n型纳米异质结,其内建电场能提升电子-空穴对的分离效率,由此表现出优异的光催化活性。（3）硒化锑基材料的湿化学法制备及其光电/光催化性能研究:采用水热法制备Sb2Se3纳米棒并掺入Cu元素,获得的复合结构电导率略高于10-8S/cm,光催化活性约为10.86%。这是由于复合结构中铜锑硒的含量太少,且铜锑硒无法牢固吸附在Sb2Se3表面形成交互穿插的纳米异质结,导致Sb2Se3中的光生电子无法得到有效迁移,因而会再次和空穴复合,从而削弱了光电性能和光催化活性。
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