王夢雨,郎少華,田世豪,秦旺旺,張文博,方俊飛,謝康樂
(陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,陜西 漢中 723001)
近年來,CdS微納米材料因其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)[1-2],受到研究者們越來越多的關(guān)注。CdS是一種典型的n型半導(dǎo)體,晶相通常為立方或六角型結(jié)構(gòu)[3],禁帶寬度為2.4eV左右,在可見光下具有良好的光吸收特性,同時又具有較高的光生載流子遷移效率[4],因此可以作為可見光敏感性光催化劑,用于降解有機(jī)污染物[5-6]或者生產(chǎn)清潔高效能源H2。制備方法不同,得到的CdS產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)和物理性能也會有所不同,因此,對CdS微納米材料合成方法的研究,也成為科學(xué)家們關(guān)注的焦點。目前,合成CdS微納米材料的方法主要有水熱法[7]、溶劑熱法[8-9]、模板法、超聲化學(xué)法[10]等。
本文采用簡單的水熱反應(yīng)制備出亞微米球狀結(jié)構(gòu)的CdS材料,利用XRD和SEM等技術(shù),對CdS材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌等進(jìn)行了表征,進(jìn)而利用UV/Vis分光光度計,對其漫反射光吸收性能進(jìn)行了測試。
Cd(NO3)2·4H2O(AR),Na2S2O3·5H2O(AR)。試劑使用前均未做進(jìn)一步處理。
AXS D8粉末衍射儀,S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡,紫外/可見分光光度計。
利用簡單的水熱反應(yīng)來制備CdS亞微米球狀[11]。具體制備過程如下:稱取2.0 mmol的Cd(NO3)2·4H2O溶于50mL去離子水中,充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?,然后?.0 mmol的Na2S2O3·5H2O加入上述溶液中,持續(xù)攪拌使溶液混合均勻。將得到的溶液轉(zhuǎn)移到100mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,將水熱反應(yīng)釜放入140℃的干燥箱中反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束后,將得到的產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后,放進(jìn)80℃干燥箱中干燥3h,即可得到CdS產(chǎn)物。
圖1是所制備的亞微米球狀CdS材料的XRD圖譜。從圖中可以看到,在2θ為26.4°、43.8°和52.0°處出現(xiàn)3個顯著的衍射峰,與立方相CdS(標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS為10-0454)的3個衍射晶面(111)、(220)和(311)可完全對應(yīng)[12]。同時,圖譜中不存在其他明顯的衍射峰,表明所制備的產(chǎn)物純度較高,為單相立方結(jié)構(gòu)的CdS晶體。
圖1 CdS材料的XRD圖譜
圖2是掃描電鏡拍攝的CdS材料的表面形貌,可以看到,CdS材料已形成球狀結(jié)構(gòu),粒徑分布較寬,主要集中在500~1000nm。雖然有部分微球交聯(lián)在一起,但微球整體的分散性較好;同時有一些較小的納米顆粒隨機(jī)點綴在球狀結(jié)構(gòu)周圍。球狀結(jié)構(gòu)的形成有效增大了CdS材料的比表面積,對于增強(qiáng)其對太陽光的吸收較為有利。
圖2 CdS亞微米球的SEM圖片
圖3是利用紫外/可見分光光度計測試得到的CdS材料的紫外-可見漫反射吸收光譜曲線。從圖中可以看到,CdS材料在紫外和可見光波段都具有較好的光吸收性能。其吸收邊約在540nm,吸收強(qiáng)度較高,表明所制備的CdS材料對380~540nm的可見光具有非常好的吸收效果,這與之前的研究結(jié)果是一致的。
圖3 CdS材料的紫外-可見漫反射吸收光譜曲線
本文采用水熱反應(yīng)法成功制備了亞微米球狀結(jié)構(gòu)的CdS材料。利用XRD、SEM和UV/Vis等方法,對所制備材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌及光吸收性能進(jìn)行了表征與測試。結(jié)果表明,所制備的CdS材料為立方相結(jié)構(gòu),結(jié)晶性非常好;形貌結(jié)構(gòu)為亞微米球狀結(jié)構(gòu),微球的粒徑大小集中在500~1000nm。紫外/可見漫反射光譜測試結(jié)果表明,CdS材料對可見光具有較好的吸收性能,吸收邊約在540nm。因此,球狀結(jié)構(gòu)的CdS材料可以作為優(yōu)良的光吸收材料,用于對太陽能的高效吸收和利用。