一維ZnO或ZnS基復(fù)合光催化劑的制備及制氫性能研究.pdf

1、隨著社會的進步和科技的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染成為當今世界面臨的嚴峻問題。氫氣作為一種清潔能源受到了很大的追捧，現(xiàn)階段制備氫氣的方法很多，其中光解水制氫是最環(huán)保的，因為它只需要光、水和催化劑，即可實現(xiàn)氫氣的產(chǎn)生。ZnO和ZnS在光激發(fā)下能快速產(chǎn)生電子-空穴對，且其導(dǎo)帶位置均低于H+/H2還原電勢，可以分解水產(chǎn)生氫氣。然而，ZnO和ZnS的禁帶寬度較大，只能吸收紫外光，大大限制了其實際應(yīng)用，因此，對寬禁帶半導(dǎo)體ZnO和ZnS進行修飾，使其

2、具有可見光響應(yīng)顯得及其重要。本文通過ZnO納米棒和ZnS納米管與其他半導(dǎo)體(CuS、CdS、In2S3)復(fù)合得到復(fù)合光催化劑，對產(chǎn)品進行了SEM、TEM、XRD、XPS、PL和UV-vis DRS等相關(guān)表征。本文制備的復(fù)合催化劑在可見光照射且不添加任何貴金屬助催化劑的情況下，在Na2S和Na2SO3混合溶液中表現(xiàn)出良好的光催化制氫性能。全文主要包括以下三方面的研究內(nèi)容：
　　1、經(jīng)過低溫生長、硫化反應(yīng)和陽離子交換反應(yīng)制備ZnO/Z

3、nS-CuS核殼結(jié)構(gòu)納米棒。在可見光(λ>400 nm)照射下，ZnO/ZnS-CuS復(fù)合物在0.35 M Na2S和0.25 M Na2SO3的混合水溶液中，在沒有任何貴金屬助催化劑存在下，表現(xiàn)出很強的催化制氫活性。實驗發(fā)現(xiàn)CuS的含量顯著影響催化劑的光吸收范圍和光催化性能。當CuS含量為2 mol％時，產(chǎn)氫速率最高，達52.75μmol·h-1，比相應(yīng)的ZnO/ZnS提高近50倍。我們推測ZnO/ZnS-CuS核殼納米棒良好的光催化

4、性能可能源于光吸收的增強、有效的電荷分離和ZnS-CuS的異質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的界面電荷遷移。
　　2、通過模板法制備ZnS納米管，再通過陽離子交換反應(yīng)制備ZnS/CuS復(fù)合納米管。考察了在可見光(λ>420 nm)照射下，在不加任何助催化劑的情況下，ZnS/CuS納米管在Na2S和Na2SO3水溶液中的催化制氫性能。當CuS與ZnS摩爾比為2.27%時，光催化制氫性能最好，產(chǎn)氫速率為56.47μmol·h-1，比ZnS納米管提高了85倍

5、以上。光催化性能的大幅提高可能是由于較大的比表面積提供更多的活性位點和ZnS/CuS異質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的界面電荷遷移。
　　3、通過對ZnO納米棒的表面官能化得到ZnO/CdS異質(zhì)納米棒，再與In(NO3)3溶液進行離子交換反應(yīng)，得到ZnO/CdS-In2S3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒。發(fā)現(xiàn)In2S3能顯著提高光催化制氫性能和有效抑制 CdS的光腐蝕。當In2S3的含量為0.05 mol%時，產(chǎn)氫速率達到78.41μmol·h-1，比相應(yīng)的ZnO/