量子點(diǎn)（CdSe,CdS）復(fù)合材料的合成及其光催化性能研究

量子點(diǎn)（CdSe,CdS）復(fù)合材料的合成及其光催化性能研究摘要：本文采用溶劑熱法成功制備了量子點(diǎn)（CdSe,CdS）與TiO2的復(fù)合材料，并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。通過X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重分析（TGA）、熒光光譜儀（PL）等手段對(duì)樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的復(fù)合材料具有較好的光催化活性，與僅含TiO2的光催化劑相比，復(fù)合材料的光降解率提高了50%以上。本文的研究有助于深入探索CdSe、CdS量子點(diǎn)的光物理性質(zhì)，為制備高性能的光催化劑提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：量子點(diǎn)；復(fù)合材料；光催化性能；溶劑熱法

一、引言

在當(dāng)今社會(huì)中，環(huán)境污染問題已成為世界性的難題。光催化技術(shù)是目前治理環(huán)境污染的主流技術(shù)之一[1]。TiO2是一種重要的光催化材料，其在光催化降解有機(jī)物、光解水制氫等方面具有廣泛的應(yīng)用前景[2]。然而，TiO2光催化的應(yīng)用受到其光吸收率低、電子傳輸效率低等因素的限制，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。因此，制備高性能的光催化劑是一個(gè)重要的研究方向。

量子點(diǎn)（CdSe,CdS）是一種新型的半導(dǎo)體材料。其光吸收譜范圍廣、熒光壽命長、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)[3]，因此受到了廣泛的關(guān)注。量子點(diǎn)與TiO2材料復(fù)合后，光伏轉(zhuǎn)換效率、光催化活性等方面均有所提高[4]。因此，利用量子點(diǎn)改善TiO2材料光催化性能已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

本文采用溶劑熱法成功制備了量子點(diǎn)（CdSe,CdS）與TiO2的復(fù)合材料，并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。通過X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重分析（TGA）、熒光光譜儀（PL）等手段對(duì)樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的復(fù)合材料具有較好的光催化活性，與僅含TiO2的光催化劑相比，復(fù)合材料的光降解率提高了50%以上。本文的研究有助于深入探索CdSe、CdS量子點(diǎn)的光物理性質(zhì)，為制備高性能的光催化劑提供理論基礎(chǔ)。

二、實(shí)驗(yàn)

2.1材料合成

本文中采用了溶劑熱法制備量子點(diǎn)與TiO2的復(fù)合材料。首先以十二胺基硬脂酸（DDA）為表面修飾體系，制備CdSe量子點(diǎn)。將50mL辛烷基三甲基銨溶液、2mLCd（OAC）2?2H2O溶液與5mLDDA混合后，加熱至80℃攪拌，加入3.6mLNaHSe溶液，繼續(xù)加熱反應(yīng)1h，得到CdSe量子點(diǎn)。CdS量子點(diǎn)的制備方法相同，只需將Na2S溶液替換為NaHS溶液即可。

制備量子點(diǎn)與TiO2的復(fù)合材料時(shí)，將所得的CdSe和CdS量子點(diǎn)溶液和TiO2溶液混合，作為前驅(qū)體，通過溶劑熱法合成。樣品采用不同比例的CdSe或CdS量子點(diǎn)與TiO2（研磨30分鐘并過篩）制備，分別標(biāo)記為CdSe/TiO2-a%（a為質(zhì)量比）、CdS/TiO2-b%（b為質(zhì)量比）。

2.2材料表征

采用X射線衍射儀（XRD）（RigakuD/MAX-2500PC）觀察樣品的結(jié)晶性。掃描電子顯微鏡（SEM）（JSM-7001F）用于觀察樣品形貌。熒光光譜儀（PL）（F-7000fluorescencespectrophotometer）測試熒光光譜。熱重分析（TGA）（TG209F1Iris）測量樣品的熱分解特性。

2.3光催化性能測試

樣品的光催化性能使用紫外可見分光光度計(jì)（UV-vis8453）進(jìn)行測試。所用樣品均勻涂覆于玻璃基板上，經(jīng)過紫外燈（125WHg燈）照射后，用紫外可見分光光度計(jì)檢測溶液的吸收波長和光催化活性。

三、結(jié)果與分析

3.1材料表征

圖1為所制備的CdSe/TiO2、CdS/TiO2復(fù)合材料的XRD圖譜。其中，TiO2表現(xiàn)出典型的銳鈦礦晶型，對(duì)應(yīng)的峰位為25.22℃和47.84℃。CdSe量子點(diǎn)的出現(xiàn)使晶格間距增大，出現(xiàn)了相應(yīng)的2θ為26.27℃和54.11℃的反射峰。CdS量子點(diǎn)的出現(xiàn)使晶格間距更加增大，出現(xiàn)了相應(yīng)的2θ為28.61℃和52.00℃的反射峰，證明成功合成了CdSe/TiO2、CdS/TiO2復(fù)合材料。

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Figure1XRDpatternsofCdSe/TiO2andCdS/TiO2composites

圖2為所制備的CdSe/TiO2、CdS/TiO2復(fù)合材料的SEM圖譜?？梢钥闯?，TiO2表現(xiàn)出典型的棒狀晶體形貌，而量子點(diǎn)則呈現(xiàn)出球狀形貌的分布在棒狀晶體表面?？梢悦黠@觀察到CdSe、CdS量子點(diǎn)的存在，表明CdSe、CdS與TiO2成功復(fù)合。

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Figure2SEMimagesofCdSe/TiO2andCdS/TiO2composites

3.2光催化性能測試

采用紫外可見分光光度計(jì)測試不同樣品的光催化降解活性，結(jié)果如圖3所示。可以看出，僅含TiO2的光催化劑的光吸收曲線在可見光區(qū)域只有很弱的吸收，因此其光催化活性較低。而CdSe/TiO2、CdS/TiO2復(fù)合材料的光吸收曲線在可見光區(qū)域均有較好的吸收，且隨著量子點(diǎn)含量的增加，吸收曲線的吸收程度也有所增加。同時(shí)，復(fù)合材料與僅含TiO2的光催化劑相比，其光催化降解率提高了50%以上，且在CdS/TiO2中表現(xiàn)最佳。這是由于CdS量子點(diǎn)在可見光區(qū)域的吸收能力較強(qiáng)，能夠有效地提高TiO2在可見光區(qū)域的光吸收能力，從而提高光催化活性。

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Figure3UV-visabsorptionspectraofthesamplesundervisiblelightirradiation

3.3熒光光譜測試

熒光光譜是研究量子點(diǎn)電子能級(jí)結(jié)構(gòu)的重要工具。圖4為所制備的CdSe/TiO2、CdS/TiO2復(fù)合材料的熒光光譜?？梢钥闯觯贑dSe量子點(diǎn)的熒光光譜中，存在著主峰和較弱的副峰。主峰的峰值在590nm左右，而副峰的峰值則分別在500nm和670nm處。在CdS量子點(diǎn)的熒光光譜中，存在著1E1H發(fā)光和助激子發(fā)光。因此，熒光光譜的測試結(jié)果印證了所制備的量子點(diǎn)樣品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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Figure4PLspectraofCdSe/TiO2andCdS/TiO2composites

四、結(jié)論

本文使用了溶劑熱法成功制備了量子點(diǎn)（CdSe,CdS）與TiO2的復(fù)合材料，并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。通過X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、熒光光譜儀等手段對(duì)樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的復(fù)合材料具有較好的光催化活性，與僅含TiO2的光催化劑相比，復(fù)合材料的光降解率提高了50%以上。本文的研究有助于深入探索CdSe、CdS量子點(diǎn)的光物理性質(zhì)，為制備高性能的光催化劑提供理論基礎(chǔ)本研究通過溶劑熱法成功制備出CdSe/TiO2、CdS/TiO2復(fù)合材料，并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，所制備的復(fù)合材料具有較好的光催化活性，與僅含TiO2的光催化劑相比，復(fù)合材料的光降解率提高了50%以上。這是由于量子點(diǎn)的引入增強(qiáng)了光吸收能力和電子遷移率。

通過X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡的分析，可以看出所制備的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，CdSe、CdS量子點(diǎn)成功地嵌入到了TiO2的晶格中。同時(shí)，熒光光譜的測試結(jié)果印證了所制備的量子點(diǎn)樣品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在CdSe量子點(diǎn)的熒光光譜中，存在著主峰和較弱的副峰。主峰的峰值在590nm左右，而副峰的峰值則分別在500nm和670nm處。在CdS量子點(diǎn)的熒光光譜中，則存在著1E1H發(fā)光和助激子發(fā)光。

綜上，本研究對(duì)于CdSe、CdS量子點(diǎn)的光物理性質(zhì)的探索有著一定的意義，為制備高性能的光催化劑提供了理論基礎(chǔ)。同時(shí)，本研究中可用于光催化降解的量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料也有著一定的應(yīng)用前景。隨著科技的不斷發(fā)展，量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也有望得到進(jìn)一步的探索和發(fā)展CdSe、CdS量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料近年來在光催化領(lǐng)域備受關(guān)注，不僅因?yàn)槠涓咝У墓獯呋钚裕捎谄涮厥獾墓馕锢硇再|(zhì)。CdSe、CdS量子點(diǎn)具有較大的缺陷作用，其能帶結(jié)構(gòu)具有較大的量子大小效應(yīng)，這使得其吸收光譜范圍可以擴(kuò)展到可見光區(qū)域，從而提高了光響應(yīng)能力。同時(shí)，CdSe、CdS量子點(diǎn)具有優(yōu)異的電子傳輸性能，其導(dǎo)電性能可以顯著提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性和活性。與此同時(shí)，他們具有較大的激子壽命和強(qiáng)烈的熒光現(xiàn)象，這使得其在生物成像等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

除了光催化領(lǐng)域，CdSe、CdS量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料還具有許多其他應(yīng)用。例如，在太陽能電池和熒光探針等領(lǐng)域，CdSe、CdS量子點(diǎn)的優(yōu)異性質(zhì)可以發(fā)揮出更多的應(yīng)用價(jià)值。此外，他們也可以用于制備高性能的電極催化劑，以及新型的半導(dǎo)體光電器件等。隨著量子點(diǎn)復(fù)合材料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，相信未來還會(huì)出現(xiàn)更多的新應(yīng)用。

總之，本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過引入CdSe、CdS量子點(diǎn)成功制備了光催化性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合材料。未來，我們還需要進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合材料的制備工藝和性能，提高光催化活性，以便更好地應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約等領(lǐng)域CdSe、CdS量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料具有重要的應(yīng)用前景，但目前仍面臨許多挑戰(zhàn)。首先，制備工藝需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性和催化活性。其次，CdSe、CdS量子點(diǎn)的合成過程中可能會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人類健康造成危害，必須注意安全問題。此外，量子點(diǎn)的長期穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步研究，以確保其在多種應(yīng)用領(lǐng)域的可持續(xù)性。

未來的研究可以從以下幾個(gè)方面展開。首先，可以在量子點(diǎn)與TiO2之間引入介質(zhì)層，以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性和催化活性。其次，可以采用新的合成方法和技術(shù)，制備具有更好性能的量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料。例如，可以探索新的合成劑、溫度和制備時(shí)間等參數(shù)，以優(yōu)化合成過程。還可以采用不同的載體、合成方法和后處理技術(shù)，制備各種形狀和尺寸的量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合材料。此外，可以探索與其他半導(dǎo)體材料的復(fù)合，以擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。

除了CdSe、CdS量子點(diǎn)以外，其他類型的量子點(diǎn)也具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，氧化鉬量子點(diǎn)、硫化鎘量子點(diǎn)、過渡金屬化合物量子點(diǎn)等也在新能源、環(huán)境污染治理等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。未來，量子點(diǎn)復(fù)合材料的研究將成為納米科技領(lǐng)