多孔MOFs導向的半導體納米催化劑設計合成及其光解水制氫性能研究.pdf

1、氫氣是一種綠色清潔能源，利用太陽能分解水制取氫氣是實現(xiàn)“氫能經(jīng)濟”的關鍵。但是，目前太陽能分解水制氫催化劑的活性還遠達不到實際應用的程度，主要原因是催化劑的光吸收和光生電子-空穴分離效率仍然很低。基于此，本論文從光催化劑的微觀結構決定其制氫性能的角度出發(fā)，以多孔金屬有機框架(MOFs)為限域模板，制備了一系列多孔半導體納米催化劑，并研究了它們的光解水制氫性能。主要結果如下:
　　(1)以兩種含鋅的MOFs（ZIF-8、MOF-5）

2、為原位模板，設計合成了一系列不同Zn/Cd比例、表面具有納米坑的ZnxCd1-xS催化劑，并通過一系列對比實驗，系統(tǒng)考察了不同鋅源與Zn/Cd比例對催化劑光解水制氫活性的影響。結果表明，表面富含納米坑的催化劑具有高的制氫活性，其制氫速率高達3.62mol·g-1·h-1，而同等條件下表面沒有納米坑的催化劑制氫速率僅為0.53 mol·g-1·h-1。結構和光譜表征顯示，催化劑表面的納米坑誘導產(chǎn)生了特定的催化劑中間激發(fā)態(tài)，利于光生電子高效

3、利用，進而提高催化劑的還原制氫活性。
　　(2)從ZIF-8和MOF-5出發(fā)，設計合成了一系列具有片層結構的Zn0.2Cd0.8S納米催化劑，同時通過一系列對比實驗，考察了催化劑合成的兩類原料(MOFs和無機鋅鹽)對催化劑結構的影響，并研究了它們的光解水制氫性能。結果表明，基于MOFs合成的催化劑具有更高的比表面積和更小的納米粒子構筑單元，并具有高的制氫活性。另外，MOFs和無機鋅鹽在催化劑制備過程中體現(xiàn)的S2-與Zn2+不同反應

4、與成核速度，決定了Zn0.2Cd0.8S的最終結構，而這直接影響了催化劑的光解水制氫活性。
　　(3)從ZIF-8、MOF-5和無機鋅鹽出發(fā)，設計合成了一系列ZnS/CuS復合納米片和納米粒子催化劑，考察了催化劑制備過程中S2-與Zn2+的成核速度對催化劑結構的影響，并研究了它們的光解水制氫性能。結果表明，基于MOFs制備的催化劑具有片層結構，而基于無機鋅鹽制備的催化劑則具有納米粒子結構。雖然兩種不同結構的催化劑顯示了相近的制氫活