金屬硫化物的制備及其用于甲醇中光催化還原CO2的研究.pdf

1、大氣中二氧化碳（CO2）含量的不斷增加和化石能源的消耗殆盡，造成了全球氣候變暖以及能源危機。而利用太陽光能轉(zhuǎn)化CO2生成有機化學品，可以同時解決以上兩個問題。本論文合成了一系列金屬硫化物光催化劑：ZnS、ZnIn2S4和Bi2S3，并用于甲醇中光催化還原CO2制備甲酸甲酯。分別從金屬摻雜，晶體結(jié)構(gòu)，光催化劑形貌，復合半導體催化劑四個方面提高金屬硫化物的光催化性能，具體研究內(nèi)容如下：
　　第一，分別采用沉淀法、離子交換法和水熱合成法

2、制備一系列硫化鋅催化劑，同時用水熱合成法合成不同含量鎳摻雜的硫化鋅。以水熱合成方法合成的ZnS具有較好的晶體結(jié)構(gòu)，因此比以沉淀法和離子交換法合成的ZnS具有更高的光催化活性，并且活性隨水熱時間的增加而增強，在24h活性最大。摻雜鎳離子能進一步提高硫化鋅的活性，鎳摻雜的最優(yōu)含量是0.3 wt％，因為摻雜的Ni2+可以充當光生電子的臨時捕獲位點，能在光催化劑表面阻止電子-空穴對的復合。利用在線ATR-FTIR光譜監(jiān)測反應溶液中CO2濃度變化

3、，進一步確認了光催化反應中CO2被還原。
　　第二，采用簡單的液相剝離方法制備了六方相ZnIn2S4納米片，以DETA與水的二元混合溶劑熱方法制備了立方相ZnIn2S4納米片。六方相和立方相ZnIn2S4納米片均表現(xiàn)出較高的光催化活性，因為片狀結(jié)構(gòu)催化劑具有較大暴露的表面積且其厚度較薄。此外，六方相 ZnIn2S4比立方相 ZnIn2S4具有更高的活性和更好的穩(wěn)定性。DFT計算結(jié)果表明六方相ZnIn2S4具有更窄的帶隙值，其導帶比

4、立方相ZnIn2S4的分散稍微好些，因此光生電子具有更高的遷移能力。
　　第三，利用乙二醇溶劑熱法，分別以TAA、TU、L-半胱氨酸為硫源制備了納米顆粒、刺猬形、微球狀的Bi2S3光催化劑，當溶劑改為乙二醇和水的混合溶劑且用TU為硫源時，得到細棒刺猬形Bi2S3。硫源和溶劑在Bi2S3光催化材料的形貌可控合成中起到了至關(guān)重要的作用。所制備的催化劑樣品的形貌對其光催化性能有很重要的影響，由于分層體系結(jié)構(gòu)具有更好的滲透性和更強的捕獲光