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纳米半导体材料及其复合材料的合成和性能研究

作　者: 左显维
导　师: 苏碧桃
学　校: 西北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米半导体材料纳米复合材料原位聚合法溶胶—凝胶法合成表征光催化性能电磁学性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于具有优异的光学、电学和磁学等性质,近年来,对纳米半导体材料的研究日益受到人们的广泛关注。本论文分别采用原位聚合法及溶胶—凝胶法,成功合成了几种新型的纳米半导体材料及其复合材料（PANI/CoFe2O4纳米复合材料、TiO2/CoFe₂O₄纳米复合材料和Fe3+及S-N共掺杂纳米TiO2光催剂）,并对其结构、形貌和电学、磁学、光学等方面的性能进行了研究。本论文主要由以下三个方面组成:1.采用原位聚合法,成功合成了导电聚苯胺/CoFe₂O₄纳米复合材料。通过各测试手段对复合材料的形貌、结构、及其电磁学性能进行了研究,结果表明:PANI/CoFe₂O₄纳米复合材料中,CoFe₂O₄以25 nm左右的粒子分散于聚苯胺基体中;PANI与CoFe2O4之间存在化学键合作用,正是这种作用使复合物热稳定性得以提高;复合材料同时具有导电性和磁性能,其导电率随CoFe2O4含量增加而降低,而饱和磁化强度随之升高。2.采用溶胶—凝胶法,成功合成了磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合材料。通过各测试手段对复合材料的结构、磁学及光学的性能进行了研究,结果表明:该纳米复合材料呈核壳结构,其中的TiO2为锐钛矿结构;复合材料的饱和磁化强度虽然稍弱于纯CoFe2O4纳米材料的,但其矫顽力则优于CoFe2O4的;与TiO2相比,复合材料对光的吸收拓展到了整个紫外-可见区,且吸收强度大大增强,对染料废水光催化降解的模拟研究表明,该复合材料在6 h可以使亚甲基蓝染料溶液的脱色率接近100 %,且重复使用3次时染料溶液的脱色率仍能保持在90%,该性能明显优于纯TiO2的。3.采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Fe3+及S-N掺杂量的纳米TiO2光催化剂（Fe3+/S-N/TiO2）,利用TEM、XRD、UV-Vis等技术对其形貌、结构进行了表征。以亚甲基蓝（MB）的脱色降解为模型,研究了在紫外光和太阳光下,Fe3+及S-N掺杂量对其光催化活性的影响。结果表明,共掺杂催化剂活性高于未掺杂和单掺杂催化剂;当共掺杂光催化剂含0.5% Fe3+（ Fe3+与TiO2摩尔比）、10% S-N （S-N与TiO2质量比）焙烧温度在400℃时,具有较高的光催化活性。

全文目录

中文摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章绪论  9-32
  1.1 引言  9
  1.2 纳米材料简介  9
  1.3 纳米复合材料简介  9-10
  1.4 纳米材料的基本性质  10-12
    1.4.1 量子尺寸效应  10-11
    1.4.2 宏观量子隧道效应  11
    1.4.3 小尺寸效应  11
    1.4.4 表面效应  11-12
    1.4.5 介电限域效应  12
  1.5 纳米材料及纳米复合材料的制备与表征  12-14
    1.5.1 原位聚合法  13
    1.5.2 溶胶—凝胶法  13-14
  1.6 纳米半导体材料  14-17
    1.6.1 半导体材料的分类  14-15
    1.6.2 半导体材料的特性  15-17
      1.6.2.1 光学特性  15-16
      1.6.2.2 光电催化特性  16
      1.6.2.3 电学特性  16-17
      1.6.2.4 敏感性  17
  1.7 半导体家族的两个重要成员  17-26
    1.7.1 无机半导体TiO_2 的简要介绍及研究进展  17-24
      1.7.1.1 TiO_2 光催化机理  17-19
      1.7.1.2 无机改性TiO_2光催化  19-23
      1.7.1.3 磁载TiO_2 光催化剂  23-24
    1.7.2 有机半导体聚苯胺的简要介绍及研究进展  24-26
      1.7.2.1 聚苯胺的特性  24-25
      1.7.2.2 聚苯胺的应用  25-26
  1.8 论文的研究方向和内容  26-28
    1.8.1 立题依据  26-27
    1.8.2 论文研究内容  27-28
  参考文献  28-32
第二章导电聚苯胺与磁性CoFe_2O_4纳米复合材料的合成及其电磁性能  32-45
  2.1 前言  32-34
    2.1.1 电磁功能高分子复合材料研究进展  32
    2.1.2 电磁功能高分子复合材料的制备方法  32-33
    2.1.3 电磁功能高分子复合材料的应用前景  33-34
  2.2 实验部分  34-35
    2.2.1 主要试剂及仪器  34
    2.2.2 PANI/CoFe_2O_4纳米复合物的制备  34-35
  2.3 结果与讨论  35-41
    2.3.1 CoFe_2O_4纳米粒子及PANI/CoFe_2O_4复合物的微观形貌  35-36
    2.3.2 X射线衍射分析  36-37
    2.3.3 红外光谱分析  37-38
    2.3.4 热稳定性分析  38-39
    2.3.5 PANI/CoFe_2O_4复合物的电性能  39-40
    2.3.6 PANI/CoFe_2O_4复合物的磁性能  40-41
  2.4 本章小结  41-43
  参考文献  43-45
第三章磁性TiO_2/CoFe_2O_4纳米复合材料的制备及性能研究  45-57
  3.1 引言  45-46
  3.2 实验部分  46-47
    3.2.1 主要试剂及仪器  46
    3.2.2 磁性TiO_2/CoFe_2O_4 纳米复合光催化材料的制备  46-47
    3.2.3 光催化实验  47
  3.3 结果讨论  47-53
    3.3.1 晶相结构分析  47-48
    3.3.2 微观形貌分析  48-49
    3.3.3 UV-Vis 光谱分析  49
    3.3.4 磁学性能分析  49-50
    3.3.5 光催化性能分析  50-53
  3.4 本章小结  53-55
  参考文献  55-57
第四章 Fe~(3+)及S-N 共掺杂纳米TiO_2光催化剂的制备及光催化性能研究  57-67
  4.1 引言  57
  4.2 TiO_2的掺杂改性  57-59
    4.2.1 阳离子掺杂  57-58
    4.2.2 阴离子掺杂  58-59
  4.3 实验部分  59-60
    4.3.1 主要试剂及仪器  59
    4.3.2 光催化剂的制备  59-60
    4.3.3 光催化性能的测试  60
  4.4 结果讨论  60-65
    4.4.1 TEM分析  60
    4.4.2 XRD分析  60-61
    4.4.3 UV-Vis分析  61-62
    4.4.4 光催化性能分析  62-65
  4.5 本章小结  65-66
  参考文献  66-67
硕士期间发表的论文  67-68
致谢  68

纳米半导体材料及其复合材料的合成和性能研究

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