论文部分内容阅读
铟基硫化物纳米材料因能带结构匹配、吸光系数高、载流子运输能力强等特性,在光催化应用中受到了广泛关注。但是目前仍存在光催化效率较低、薄膜电极制备困难和粉状材料难以回收等问题,极大限制了其进一步应用。基于此,本研究主要通过设计铟基硫化物的微观结构以及构建纳米异质结的方式,来优化其光催化性能,包括单晶In纳米线的可控生长研究、ZnIn2S4微米线阵列的制备及其光催化性能研究、ZnO/In2S3异质结构建及其光电化学性能研究和CuInS2纳米片阵列的制备及其光电化学性能研究,具体研究内容如下:(1)单晶In纳米线的可控生长研究。利用溶剂热法,以InCl3·4H2O和锌为前驱源,在硫源(CH3CSNH2)的辅助下,实现了In纳米线在锌片基底上的可控生长。实验结果表明:铟源和硫源的比例为2:5,温度是设定为200°C,反应时间为30 min时,生成的In纳米线质量最高,呈现出被硫属化合物(ZnxInySz)包裹的核壳结构。该硫化物壳层可通过酸洗法有效去除,从而获得具有广泛用途的单晶In纳米线。(2)ZnIn2S4微米线阵列的制备及其光催化性能研究。在合成核壳结构In纳米线的基础上,通过进一步延长反应时间,在无模板、无辅助剂的条件下得到均匀生长的ZnIn2S4微米线阵列。并以一种新颖的“刻蚀-交换-自组装”生长机制来解释其转变过程。光催化降解实验表明,ZnIn2S4微米线阵列对有机染料、四环素、三溴苯酚等污染物都具有良好的降解效果,原因可归结为三维分级阵列结构能够有效促进光吸收和光生载流子的分离。降解过程中参与反应的主要活性物质为h+和·O2-。(3)ZnO/In2S3异质结构建及其光电化学性能研究。ZnO纳米颗粒通过水热的方式修饰到In2S3纳米片表面,其带隙宽度由In2S3的2.36eV提升到2.42 eV。在1.23 VREH偏压下,ZnO/In2S3-4h样品的光电流密达到了450μA/cm2,是相同偏压下纯In2S3样品(35μA/cm2)的12.8倍,这可归结于表面阻抗的降低且有利于光生载流子的分离。此外,ZnO/In2S3-4h样品在0.6 VREH偏压下的光电转化效率为0.018%,相比于纯In2S3提升了近10倍。(4)CuInS2纳米片阵列的制备及其光电化学性能研究。采用In2S3纳米片阵列为自牺牲模板,通过简易的溶剂热法合成CuInS2纳米片阵列光阴极。CuInS2纳米片厚度大约为5.8 nm(18倍(112)晶面间距),能够有效促进光生载流子的分离。CuInS2纳米片阵列具有很强的可见光吸收能力(250-800 nm),这与其较窄的带隙有关(1.46 eV)。CuInS2纳米片阵列光阴极表现出良好的光电化学性能,在-0.05 VREH偏压下,产生的瞬时光电流密度达到了0.09 mA/cm2。