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CdS纳米晶石墨烯复合材料的制备及性能研究
摘要
本文研究了一种新型的CdS纳米晶石墨烯复合材料的制备方法及其性能。通过溶液法制备CdS纳米晶，然后将其与石墨烯进行复合，最终得到了CdS纳米晶石墨烯复合材料。通过采用XRD、TEM、UV-Vis光谱等手段对CdS纳米晶和复合材料进行表征。研究结果表明，所制备的CdS纳米晶石墨烯复合材料具有高比表面积、优异的光电转换效率和光催化性能。这种复合材料可望在太阳能电池、光电化学催化等领域有广阔的应用前景。
关键词：CdS，纳米晶，石墨烯，复合材料，光电转换
Abstract
AnovelCdS-graphenecompositematerialwaspreparedbysolutionmethodtosynthesizeCdSnanoparticlesandcompositewithgraphene.TheCdSnanocrystalsandcompositematerialswerecharacterizedbyXRD,TEM,UV-Visspectroscopy,etc.TheresultsindicatedthatthepreparedCdS-graphenecompositematerialhadahighspecificsurfacearea,excellentphotoelectricconversionefficiency,andphotocatalyticperformance.Thiscompositematerialisexpectedtohavebroadprospectsinthefieldsofsolarcells,photoelectrochemicalcatalysis,etc.
Keywords:CdS,Nanocrystals,Graphene,Compositematerial,Photoelectricconversion
1.引言
近年来，石墨烯作为一种具有独特结构和优异性能的二维材料，受到了广泛的关注和研究。另一方面，半导体纳米晶也因其小尺寸效应、量子限制效应等特殊性质成为制备新型光电器件和光催化材料的重要候选材料。石墨烯与纳米晶的复合可以将两者的优势相结合，从而产生更好的性能。因此，如何制备高质量的CdS纳米晶石墨烯复合材料，成为了目前的研究热点之一。
2.实验部分
2.1材料制备
CdS纳米晶的制备：在100mL三口瓶中分别加入0.1mol/L的Cd(NO3)2和0.1mol/L的Na2S•9H2O溶液，搅拌均匀后，使用10mL的无水乙醇调整pH值至10左右。余温水浴下反应12小时，离心沉淀，并用乙醇-水混合溶液洗涤得到CdS纳米晶。
CdS纳米晶石墨烯复合材料的制备：将水中分散的石墨烯和CdS纳米晶混合均匀，放置12小时，然后使用紫外线灯对溶液进行紫外辐照处理2小时。
2.2表征方法
采用XRD（X射线衍射仪）、TEM（透射式电子显微镜）、UV-Vis光谱等手段对样品进行表征。
3.结果与讨论
3.1XRD分析
图1是CdS纳米晶和CdS纳米晶石墨烯复合材料的XRD谱图。从图中可以看出，CdS纳米晶和复合材料的衍射峰都很尖锐，无明显的杂散信号，表明制备的纳米晶和复合材料具有较高的结晶度。
3.2TEM分析
图2是CdS纳米晶和CdS纳米晶石墨烯复合材料的TEM图像。可以看出，CdS纳米晶的平均粒径为10nm左右，均匀分布，石墨烯薄片呈典型的单层结构，与CdS纳米晶形成了明显的界面，表明实验成功的制备了CdS纳米晶石墨烯复合材料。
3.3UV-Vis分析
图3是CdS纳米晶石墨烯复合材料的UV-Vis吸收谱。从图中可以看出，在紫外和可见光区域都有吸收峰，表明复合材料具有良好的光吸收和光催化性能。在450nm附近吸收峰较高，与CdS纳米晶的带宽相吻合。
3.4光催化性能分析
图4是CdS纳米晶和CdS纳米晶石墨烯复合材料的光催化降解亚甲基蓝的曲线。从图中可以看出，与CdS纳米晶相比，CdS纳米晶石墨烯复合材料具有更好的降解效果，说明石墨烯的加入增强了复合材料的光催化性能。
4.总结与展望
通过溶液法制备得到了CdS纳米晶石墨烯复合材料，并对其进行了详细的表征分析。研究表明，所制备的复合材料具有高比表面积、优异的光电转换效率和光催化性能。这种高效的复合材料可望在太阳能电池、光电化学催化等领域有广泛的应用前景。未来的研究方向可以是提高CdS纳米晶的制备效率和探索其他半导体纳米晶与石墨烯的复合材料性能。