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3.1.4 本节小结 14
3.2 合成MS2（M=Ni，Co，Sn）纳米材料的表征分析 14
3.2.1 黄铁矿型NiS2纳米材料 14
3.2.2 黄铁矿型CoS2纳米材料 16
3.2.3 三方硫锡矿SnS2纳米材料 18
3.2.3 本节小结 19
3.3 合成黄铁矿型FeS2复合材料的表征分析 19
3.3.1 FeS2和P25复合材料 19
3.3.2 FeS2和氧化石墨复合材料 19
3.3.3 本节小结 20
3.4 性能研究 21
3.4.1 MS2（M=Co，Sn，Fe）光催化性能 21
3.4.2 FeS2复合物的光催化性能 22
3.4.3 本节小结 23
结 论 24
致 谢 26
参考文献27
1 引言
1.1 背景介绍
剑桥大学Stephen J. Jenkins教授的研究成果表明了黄铁矿可能具有催化活性，且可应用于具有战略意义的产业反应过程，如生产肥料用的氨、从可再生生物质中合成碳氢化合物燃料、提取燃料电池电动汽车用的氢等等。其中黄铁矿与空气污染物之一的氮氧化物（NOx）之间的催化反应[1]，以及在黄铁矿表面的低温合成氨[2]的理论依据已经形成，但还没有对黄铁矿的催化机理进行完善，所以还不能很好地应用于实际生产活动。
天然黄铁矿的主要成分是FeS2， 晶体属等轴晶系的硫化物矿物（如图1.1）。成分中通常含钴、镍和硒，具有NaCl型晶体结构。常有完好的晶形，呈立方体、八面体、五角十二面体及其聚形。理论组成（wB%）：Fe 46.55，S 53.45。常有Co、Ni类质同像代替Fe，形成FeS2–CoS2和FeS2–NiS2系列。随Co、Ni代替Fe的含量增加，晶胞增大，硬度降低，颜色变浅。As、Se、Te可代替S。常含Sb、Cu、Au、Ag等的细分散混入物。亦可有微量Ge、In等元素。Au常以显微金、超显微金赋存于黄铁矿的解理面或晶格中。
图1.1 黄铁矿晶体结构
由于其在液相合成光电池、光电化学电池和光电探测器领域的巨大应用潜力，近几年，黄铁矿受到越来越多的关注。黄铁矿型FeS2有着较窄的禁带宽度（Eg=0.95 eV）和很高的光学吸收系数（α > 105 cm−1）[3]，具有充足的少数载流子扩散长度（100-1000nm）以用来作为薄膜太阳能电池中的太阳辐射能吸收器。这几个参数的共同作用使得我们有可能通过利用纳米约束手段以改变其禁带宽度、改变纳米尺寸的FeS2的不同几何结构、以及掺杂不同的化学元素，来使得FeS2变成一种理想的半导体，以能够吸收很广的光谱区域的光，吸收波长能够长达750纳米。除了在太阳能电池中的应用，黄铁矿还是锂电池中的一种理想材料，并且它作为高性能阴极材料表现出非常卓越的性能和很长的贮藏寿命，现在美国的劲量电池中就运用了这种材料。过渡金属元素黄铁矿型矿物FeS2、CoS2、NiS2是被广泛研究的矿物，比如说FeS2的电催化性质被应用于染敏太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells，DSSCs）中，使用纳米颗粒悬浮液制备出的纳米棒阵列或薄膜电极，其性能可以和铂电极相媲美。不同于FeS2，CoS2是一种导电材料，这一特点使得它能够直接作为一种电极材料[4],[5]。由于其独一无二的特性，低廉的价格，对环境的友好性，以及在自然界中的极高含量，使得黄铁矿和很多如石墨烯在内的其他材料具有了很大的研究优势，和深入研究其纳米化学性能的必要性。我的观点是对其的研究还有很多空白区域和潜在可能[6]。通过对于黄铁矿型二硫化物的研究，能够利用地球上含量丰富的元素制备出高性能的光催化材料和电极材料，性能优异的黄铁矿型二硫化物能够在污染严重的今天，对环境中的有害有机污染物进行有效的降解，而高性能的电极材料能够提高电子元器件的性能，为未来电子行业的发展起到积极推进作用。