新型硫族納米半導(dǎo)體光催化劑的制備及性能研究.pdf

1、近年來，化石燃料燃燒所造成的能源危機和環(huán)境污染問題無時無刻不迫使人們尋求能夠替代化石燃料的新能源以及治理環(huán)境污染切實可行的措施，來實現(xiàn)未來的可持續(xù)發(fā)展。在眾多的可行性方案中，光催化技術(shù)因其自身獨特的作用機理，可以同時在解決能源危機和治理環(huán)境污染領(lǐng)域發(fā)揮作用，成為21世紀(jì)最有前途的高新技術(shù)之一。光催化性能的好壞決定于光催化劑的性質(zhì)，因此開發(fā)高效、穩(wěn)定、多用途、低成本的新型光催化劑意義重大。本文選取硫族，窄帶隙半導(dǎo)體作為研究對象，通過改性，

2、提高了材料的光催化活性。
　　類石墨烯MoS2是一種層狀半導(dǎo)體，其層數(shù)越多，光催化活性越差，因此制備單層或少層MoS2納米片成為該材料在光催化領(lǐng)域拓展應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文使用混合溶劑對塊體MoS2進行回流處理，制備了一系列MoS2納米片，通過光催化產(chǎn)氫速率測試，確定了制備高效MoS2納米片的最佳條件（在30％乙醇-水溶液中80℃回流3h），并對使用該方法制備的MoS2納米片進行了X射線粉末衍射(XRD)、電子顯微鏡(SEM、TEM、H

3、RTEM)、紫外-可見漫反射(DRS)、拉曼光譜、光生電流以及原子力顯微鏡(AFM)測試。測試結(jié)果表明經(jīng)過混合溶劑回流處理的塊體MoS2被成功剝離，所得MoS2納米片的光催化產(chǎn)氫速率達(dá)到了塊體MoS2的8倍多。
　　CdS是常見的可見光響應(yīng)光催化制氫材料，將其與寬帶隙半導(dǎo)體復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，不僅可以提高復(fù)合材料的光催化活性，還能在一定程度上改善CdS的穩(wěn)定性。本文選取摻雜Zn離子的寬帶隙半導(dǎo)體鈮酸鍶與CdS復(fù)合，成功制備出了CdS/

4、Sr2(Nb17/18Zn1/18)2O7-δ復(fù)合光催化劑。并對所制備材料進行了XRD粉末衍射、FESEM、TEM、紫外-可見漫反射、XPS、電化學(xué)、熒光光譜測試，測試結(jié)果表明，Zn離子的摻雜以及負(fù)載CdS都沒有改變鈮酸鍶材料的晶體結(jié)構(gòu)，但改善了材料對光的吸收特性，而且CdS與Sr2(Nb17/18Zn1/18)2O7-δ結(jié)合緊密，形成了異質(zhì)結(jié)。光催化產(chǎn)氫速率測試結(jié)果表明摻雜Zn離子和負(fù)載CdS都能有效提高材料的產(chǎn)氫速率，其中30%Cd

5、S/Sr2(Nb17/18Zn1/18)2O7-δ復(fù)合光催化劑的產(chǎn)氫速率為1669.1μmol/g·h，具有最高的光催化活性。與物理混合的30%CdS+Sr2(Nb17/18Zn1/18)2O7-δ的對比實驗再一次驗證了CdS與Sr2(Nb17/18Zn1/18)2O7-δ形成了有效的異質(zhì)結(jié)。光催化氧化As(Ⅲ)的結(jié)果表明，在pH=9~11的條件下，30%CdS/Sr2(Nb17/18Zn1/18)2O7-δ復(fù)合光催化劑在20 min內(nèi)