孪晶碳化硅纳米线的能带结构和光催化机理研究

近几年，作为新型的光催化材料，碳化硅半导体材料由于合适的带隙宽度、高的电导率和物理化学稳定性等特点，其研究受到越来越多科研工作者的关注。本项目采用碳热还原法制备SiC纳米线，并通过多种工艺实现了多元形貌一维SiC纳米材料的可控制备。提出了碳热还原法SiC 纳米线的两步气-固反应模式和氧辅助下的螺型位错生长机理，并在此机理的指导下，通过为纳米线生长提供充足生长空间，成功实现了SiC 纳米线的宏量制备。通过高分辨透射电镜观察纳米线形貌和微结构，分析堆垛层错和孪晶缺陷；结合UV-vis吸收光谱与发射光谱，研究了SiC纳米线的能带结构特点；研究表明：SiC纳米线为宽带隙间接半导体，禁带宽度约为2.85 eV，较其体单晶(2.23 eV)的带隙宽，与通过光致发光谱计算得到的带隙宽度(2.65 eV) 较为接近，差值可能为斯托克斯位移所致。分析了孪晶结构SiC纳米线可见光光催化降解亚甲基蓝的性能，5个小时的辐照时间后降解率达到95%。揭示了纳米线的表面相结构特点对降解目标物的影响规律，提出了提高光催化效率的方法。进行了孪晶结构SiC纳米线光解水的实验。研究还发现光催化后，碳化硅纳米线表面的氧化层增厚，表面氧化层对于光生电子-空穴对的分离和催化效率的提高具有重要意义。项目的实施为新型碳化硅可见光催化剂的开发提供了研究思路。