CdS薄膜光解水性质研究.doc

CdS薄膜光解水性质研究摘要:本实验采用电化学沉积法在ITO导电玻璃上沉积CdS薄膜。用CdCl2·,S,KCl与一缩二乙二醇一定比例混合油浴溶解液作为沉积液,溶解后在适当温度下将CdS用电沉积的方法沉积在ITO导电玻璃上,待CdS薄膜干燥后放入管式炉中在氮气保护下退火处理。其后对CdS薄膜进行一系列的结构(XRD,TEM和SEM等)和光电性能测定(UV-vis)。。在某种意义上讲,人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界,能源的发展,能源和环境,是全世界、全人类共同关心的问题,也是我国社会经济发展的重要问题。目前,构成能源主体的石油、天然气和煤,均属不可再生资源,地球上存量有限,我国更是石油缺油国,天然气和煤炭人均占有量皆低于世界平均水平,能源问题已成为制约我国经济发展的重要因素。进入二十一世纪以来,开发利用清洁无污染的太阳能成为人们解决能源危机和环境污染问题的一条重要途径,将太阳能转化为电能的太阳能电池成为科学家们研究的热点。其中,氢能可能成为21世纪最理想的能源:在燃烧相同重量的氢气、煤和汽油的情况下,氢气产生的能量最多,燃烧产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境;氢存于水中,地球巨量的水可源源不断地产生氢气,永不枯竭。目前,人们正在从多方面研究如何利用量大价廉的水生产出氢。1967年,藤岛昭发现光触媒。为人类开发利用氢能开辟了一条崭新的途径—半导体光催化制氢技术。开发优良的半导体光催化剂是半导体光催化制氢技术的核心。目前,己有许多半导体光催化剂用于分解水制氢,如带隙较窄的CdS、InP和带隙较宽的TiO2、ZnO等。在实际应用中,宽带隙半导体催化剂只能被波长小于420nm(仅占太阳能的4~6%)的紫外光辐射激发,太阳能的利用率很低;窄带隙半导体催化剂虽然能吸收可见光,但存在光腐蚀问题;另外,半导体催化剂的光生载流子也容易再复合,导致光催化剂的活性较低。围绕这些问题,一方面人们着手对现有半导体催化剂进行改性,如:贵金属沉积、掺杂、半导体复合和染料敏化等,以及对光催化反应体系的优化,如:使用电子给体抑制光腐蚀等;另一方面转向设计开发符合实际需要的新型催化剂。(cadmiumsulfide)分子式CdS,,微毒,无放射性,微溶于水和乙醇,溶于酸,极易溶于氨,对温度很敏感,而且怕潮。自然界中有硫镉矿,六角晶体,。CdS有晶体和无定形物。晶体有两种:α—型,六方纤锌矿结构,柠檬黄色粉末,~;β—型,立方闪锌矿结构,橘红色粉末,~。α—型CdS晶体属于六方晶系,点群为C4v1一P6mc,晶胞中含有两个化学式分子z=2。β—型CdS晶体结构为立方晶系面心点阵,点群为Td-43m,空间群为Td2-F43m,晶胞中化学式分子数目z=4。硫化镉是典型的Ⅱ一Ⅵ族过渡金属化合物,其禁带范围宽,具有直接跃迁能级结构,离子键成分大[1]。量子尺寸效应使CdS的能级改变、能隙变宽,吸收和发射光谱向短波方向移动,表面效应引起CdS微粒表面原子输运和构型的变化,同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化,对其光学、电学性质等具有重要影响[2]。光学特性纳米CdS粒子具有超快速的光学非线性响应及(室温)光致发光等特性。这是因为当CdS粒子尺寸与其激子玻尔半径相近时,随着粒子尺寸减小,半导体粒子有效带隙增加,其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移,从而在能带中形成一系列分立能级。对于经表面修饰的纳米CdS粒子,其屏蔽效应减弱,电子-空穴库仑作用增强,从而使激子结合能和振子强度增大,而介电限域效应的增加会导致粒子的表面结构发生变化,使原来的禁带跃迁变成允许,因此在室温下就可观察到较强的光致发光现象。Kumar根据这一特性,利用旋转涂膜法将CdS涂在PPV表面上,制成了ITO/PV/Cds/Al发光二极管。在该二极管中,无机半导体具有优异的电荷输运能力,PPV有很高的发光量子效率,该二极管在信息处理、光通讯及其它光电子领域有着广泛而重要的应用价值。电学特性CdS粒子的高比表面积、高活性、特殊的物性等使之成为传感器方面最有前途的材料。它对光、湿度、气体等环境因素是相当敏感的,外界环境的变化会迅速引起表面或界面价态电子输运变化,利用电阻的显著变化可作为传感器。其特点是速度快、灵敏度高、选择性好。Smynyan利用CdS对氧的化学吸附敏感的性质,采用电喷涂的方法制成了氧传感器,并且考察了在不同Cd:S比率下传感器对氧的敏感程度,结果发现Cd:S比率越高,对氧的化学吸附越敏感。如制成的SO2传感器,-9wt%。此外,Ross和Yesuki利用Cds分别制成