离子液体修饰的金属硫化物纳米粒子及其氧化石墨烯复合物的制备与光电转换性能

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目前,全世界各国都面临着不同程度的环境污染问题。造成水体污染严重的原因有:工业生产的有害废物、农业使用的化肥和杀虫剂、以及石油泄漏等。而造成空气严重污染的原因是汽车尾气排放,化石能源的燃烧等。有关这些环境污染物的治理问题一直是世界各国关注的重点。开展光催化方面研究的主要的目的之一就是为了解决日益严重的环境和能源问题。传统的有机污染物降解方法主要包括生物降解法、物理化学法、氧化法等。与这些方法相比,光催化降解法具有特殊的优势。例如:(1)降解的能量源自太阳能,从而大幅减少能源的消耗;(2)光催化剂可重复使用;(3)多数光催化剂为半导体材料具有稳定的化学性质,而且本身没有毒性。光催化材料目前大多使用微米或纳米级别的半导体颗粒,这是因为这一尺度使得材料表面性质发生了变化,它们具有较大的比表面积并且具有较多的表面活性中心。离子液体作为一种新型的绿色溶剂,同时也是良好的表面活性剂,在半导体纳米粒子结晶过程中可以同时起到溶剂和表面改性剂的作用。氧化石墨烯也是一种半导体材料,通过与其它半导体构筑复合材料可以促进光生电荷的分离。同时氧化石墨烯由于表面具有大量的含氧官能团,表面带有负电,更易于利用静电自组装成复合材料。基于以上原因,本文的研究工作主要有以下两点:(1)用离子液体表面改性的方法合成氧化石墨烯-硫化镉(硫化锌,硫化银)复合物,并研究其光电转换性能和光催化性能。离子液体作为硫化镉(硫化银,硫化锌)晶体形成时的溶剂,在晶体生长过程对其进行表面改性,最后得到表面带正电荷的硫化镉(硫化锌,硫化银),并且在水中能够较好的分散。因此可以与表面带负电荷的氧化石墨烯在水中通过静电作用快速复合,得到的氧化石墨烯-硫化镉(硫化锌,硫化银)复合物稳定,且方法简单快速,室温下就可完成迅速复合过程。研究了氧化石墨烯-硫化镉(硫化银,硫化锌)复合物在光电转化和光催化方面的应用。(2)用聚合离子液体表面改性硫化镉,得到表面带正电荷的硫化镉量子点,研究聚合离子液体对其粒径的可调控性及相转移。聚合离子液体作为硫化镉晶体生长时的溶剂和表面改性剂,得到表面带正电荷的硫化镉量子点。由于聚合离子液体较长的阳离子基团,相比离子液体作为表面改性剂,可以使硫化镉量子点在水中分散性更好而且更稳定。而且由于离子液体阴离子的可交换性,使硫化镉量子点的相转移成为了可能。在研究过程中还发现:聚合离子液体的添加量可以影响得到的硫化镉量子点的粒径大小。
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