二维纳米材料界面电荷分离策略及在太阳能转化中的应用纳米化学专业论文.docxVIP

中国科学技术大学博士学位论 中国科学技术大学 博士学位论 又 二维纳米材料界面电荷分离策略 及在太阳能转化中的应用 作者姓名： 毕文团 学科专业： 纳米化学 导师姓名： 吴长征教授谢毅教授 完成时间： 二。一五年五月 万方数据 University University of Science and Technology of China A d issertation for doctor’S deg ree I nterfacial charge separation strateg ies for 2D nanomaterials and thei r appl ications i n solar energy conversion Author’S Name： Wentuan Bi Speciality： Nanomaterials Chemistry Supervisor：Prof．Changzheng WuProf．Yi Xie Finished time： May，20 1 5 万方数据 I黜驸 I黜驸Y2806580 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名：拦支因 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学 位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 鬯多弁 口必威体育官网网址(——年) 作者签名： 肇主圆 导师签名： 签字日期： 逸l￡签：圣 签字日期：—立旦屿 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 实现光生载流子的最大化分离是提高人工太阳能转换效率的关键。本论文基 于纳米固体化学原理，选择结构清晰的超薄二维纳米片为模型，结合时间分辨光 谱、自旋捕获等原位表征手段，来深入理解表面微结构、有机．无机界面、小分 子有机物等对半导体中光生载流子分离和迁移的影响，为设计和构筑高效的人工 光催化体系提供理论支持。本论文的研究内容包括以下几个方面： 1、我们提出低维化是抑制半导体光生载流子复合的有效途径，．尤其是二维 纳米材料，它具有高比表面积，短载流子扩散距离，强光吸收等优势；同时其优 异的力学性能满足了人们对柔性、便携式器件的需求，因此是柔性光电器件的理 想载体。本工作发展了自牺牲模板法来合成非层状四方黄铜矿结构的CuInSe2超 薄纳米片，高度各向异性的CuSe六方片不仅是CuInSe2形貌上的模板，而且作 为结构模板用于控制CuInSe2纳米片的厚度。CuSe的(001)晶面和CuInSe2(112) 晶面的原子排布匹配，为CuInSe2平行(112)晶面生长提供驱动力：同时反应过程 中，在CuSe[001]方向上In取代部分Cu引入应力，使准层状结构CuSe的Se-Se 键断裂，从而抑制CuInSe2纳米片沿此方向生长，实现对CuInSe2纳米片厚度的 控制。CuInSe2超薄纳米片的成功合成充分验证了自牺牲模板法在控制纳米结构 形貌上的优势。CuInSe2超薄纳米片．P3HT的能级交错，独特的界面结构有效促 进载流子的分离，因此两者构建的杂化柔性光探测器表现出优异的光响应性能， 开关比高达两个量级，响应时间达到1．7 S，．同时表现出优异的抗弯折性能。 2、我们提出结构明确的超薄纳米片是研究表面缺陷与材料光催化性能的理 想载体。以K4Nb6017超薄纳米片为例，我们通过可控还原过程引入表面氧空位， 使其带隙降低0．2 eV，从而促进了光吸收：同时，表面氧空位捕获光生电子，促 进载流子的高效分离和利用。实验结果证实：含表面氧空位的K4Nb6017超薄纳 米片展示出大幅提高的光催化性能，产氢速率达到16611xmol·g-1_h-1，与无氧空 位的块材相比提高了20倍，而与无氧空位的超薄纳米片相比则有6倍的提高。 同时本工作中氧空位空间分布对光催化性能影响的研究解决了长期以来氧空位 在光催化过程中的角色争议，体相氧空位是载流子复合的中心，而表面氧空位则 促进载流子的高效分离，抑制电子．空穴复合。氧空位分布调控策略不仅为深入 理解氧空位对光催化性能的影响提供新思路，而且为利用调控半导体缺陷来设计 高效产氢催化剂打开切实可行的途径。 3、我们提出水溶性