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纳米材料的优点是当宏观物体细分为纳米级后会显示出许多奇异的特性,其光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质都会发生改变。半导体低维材料,基于它的量子尺寸效应、量子隧穿和库仑阻以及非线性光学效应等是新一代固态量子器件的基础,能广泛应用于未来纳米电子学、电子学和新一代超大规模集成电路等方面。以硫化镉为代表的纳米材料,其优点是带隙较窄,能吸收波长小于517 nm的紫外光和可见光,其光谱吸收范围非常适合太阳光谱,被认为是一种优良的太阳能转化材料,体相硫化镉的缺点是易光腐蚀和光生电荷分离效率低,限制其在光催化反应中的应用。硫化镉纳米材料具有较好的光电性能和较优的光催化性能,本文以CdCl2和S为反应物,采用电沉积合成纳米硫化镉薄膜,论文中讨论了合成条件对薄膜的影响,包括溶剂、反应物的摩尔比例、温度、反应电压以及沉积时间。通过XRD、SEM、FL、UV-vis、Ⅰ-Ⅴ等手段对所得薄膜进行了表征。结果表明,在反应时间5min,反应电压5V且水浴温度为80℃时,薄膜的光学性质、稳定性及结构较好。通过对酸性品红、罗丹明B、结晶紫、亚甲基蓝、曙红等溶液的光催化降解实验,说明了制备出的硫化镉纳米薄膜确实具有较高的光催化活性,在室温下,紫外灯高度为11.4cm且紫外灯波长为254 nm,酸性品红在在浓度为4×10-5mol/L照射5min时最高降解率可分别达28.57%,罗丹明B在浓度4×10-6mol/L紫外光照20min最高降解率可分别达2.34%,结晶紫在浓度2.8×10-5mol/L,紫外光照10min最高降解率可分别达7.67%,亚甲基蓝在浓度5.68×10-5mol/L最高降解率可达15.97%,曙红在1×10-5mol/L,条件下紫外光照180分钟最高降解率可达9.49%。通过对染料种类、染料初始浓度、光照时间、光源强度、反应pH值、薄膜面积、紫外灯高度等因素对光催化降解率的影响确定了硫化镉纳米薄膜的最佳光催化降解条件。多次重复使用实验表明,在反应时间5min,反应电压5V且水浴温度为80℃时且以DMF作为溶剂制备硫化镉纳米薄膜具有较高的重复使用率,最高重复使用率可达32次。
本论文的主要研究内容有:纳米材料和硫化镉纳米材料的研究进展,硫化镉的合成与表征,硫化镉的光电性能和光催化性能的研究。