1、 研 究 生 學(xué) 位 論 文 論文題 論文題目(中文 中文) SnO SnO2/ZnO /ZnO 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 論文題 論文題目(英文 英文) Photocatalytic properties of SnO2 and ZnO with optimized energy band 研 究 生 姓 名 研 究 生 姓 名 楊遠(yuǎn)界 楊遠(yuǎn)界 學(xué) 科 、 專 業(yè) 學(xué) 科 、 專 業(yè)

2、 材料科學(xué)與工程 材料科學(xué)與工程·材料學(xué) 材料學(xué) 研 究 方 向 研 究 方 向 光催化 光催化 學(xué) 位 級 別 學(xué) 位 級 別 碩 士 導(dǎo)師姓名、職稱 導(dǎo)師姓名、職稱 王育華 王育華 教授 教授 論 文 工 作 論 文 工 作 起 止 年 月 起 止 年 月 2014 2014 年 9 9 月 至 2017 2017 年 6 6 月 論 文 提 交 日 期 論 文 提 交 日 期 2017 2017

3、年 6 月 論 文 答 辯 日 期 論 文 答 辯 日 期 2017 2017 年 6 6 月 學(xué) 位 授 予 日 期 學(xué) 位 授 予 日 期 校址：甘肅省蘭州市 校址：甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)天水南路 城關(guān)區(qū)天水南路 222 號 I SnO SnO2/ZnO /ZnO 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 的能帶調(diào)控及其光催化性能研究 摘 要 環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)成為了人類可持續(xù)發(fā)展和社會穩(wěn)定的絆腳石。光催化技術(shù)是解決環(huán)境問題和能源問題最重

4、要的手段之一。對于光催化材料的實際應(yīng)用還存在兩大關(guān)鍵問題：（1）光響應(yīng)范圍窄，對可見光利用率低；（2）光生電子空穴對復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化量子效率低。電子結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上決定了光吸收范圍、光生載流子的轉(zhuǎn)移和分離，從而決定了光催化劑的光催化性能。以能帶工程為指導(dǎo)思想，通過均相氧空位自摻雜來優(yōu)化半導(dǎo)體光催化材料的能帶結(jié)構(gòu)，縮短帶隙并增加價帶寬度，從而增強(qiáng)材料的可見光吸收和促進(jìn)有效的電荷傳輸和分離，進(jìn)一步獲得高效穩(wěn)定的光催化性能，是近年來的工作熱點

5、。 本論文以 SnO2和 ZnO 半導(dǎo)體光催化材料為研究對象，通過氧空位自摻雜來調(diào)控其能帶結(jié)構(gòu)，并揭示了其光催化性能提高的機(jī)理。具體研究內(nèi)容如下： 通過簡單地一步水熱法合成了具有豐富氧空位自摻雜的二氧化錫納米顆粒。我們采用 X 射線光電子能譜、拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、電子順磁共振譜確認(rèn)了二氧化錫樣品含有大量的氧空位。結(jié)合第一性原理計算，從理論上揭示了缺陷二氧化錫的電子結(jié)構(gòu)：價帶頂上升，帶隙變窄，價帶變寬。價帶加寬有利于光生載流子的有效轉(zhuǎn)

6、移和分離，因此氧空位自摻雜 SnO2 表現(xiàn)出了較高的瞬時電流密度。帶隙變窄拓展了其對光的吸收范圍，因此氧空位自摻雜 SnO2 表現(xiàn)出了一個寬的吸收范圍（紫外區(qū)-可見區(qū)-近紅外區(qū)），可以更加充分地利用太陽光。寬的光吸收范圍和高效的光生載流子轉(zhuǎn)移和分離效率進(jìn)一步地提高了材料的可見光催化性能。因此，在可見光下（λ ≥420nm），甲基橙在 20 分鐘內(nèi)就被完全分解，表明了氧空位自摻雜 SnO2 優(yōu)異的可見光催化活性。簡單地說，該工作從實驗和理

7、論上證明了均相氧空位對 SnO2 電子結(jié)構(gòu)的調(diào)優(yōu)作用，并進(jìn)一步地導(dǎo)致了其高效的可見光催化活性。 采用簡單的一鍋溶劑熱法成功地制備了氧空位自摻雜SnO2量子點。TEM測試結(jié)果表明，SnO2量子點粒徑為2nm左右，且分布均勻，分散性較好。高濃度的氧空位引入使得SnO2量子點價帶變寬和能帶縮小，進(jìn)一步地拓展了光吸收范圍和光生載流子的轉(zhuǎn)移和分離效率,促進(jìn)光催化反應(yīng)。而且，SnO2量子點比表面積大，反應(yīng)位點多，且光生載流子從體相擴(kuò)散至表面所經(jīng)歷的