PtNi二元金屬納米微粒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及對(duì)CdS可見光分解水產(chǎn)氫性能的影響.pdf

1、面對(duì)化石能源的日益枯竭和能源需求的不斷增長(zhǎng)，以及由此帶來(lái)的嚴(yán)峻的環(huán)境污染、氣候變暖等問(wèn)題，世界各國(guó)投入了大量的科研力量開發(fā)新型清潔能源，在所有的理想選擇之中，氫能具有高能量密度（143MJ/kg）、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種在未來(lái)有前途的無(wú)碳源能量載體。太陽(yáng)能光催化分解水制氫是利用太陽(yáng)能規(guī)模制氫的可能途徑之一。自1972年Fujishima和Honda首次發(fā)現(xiàn)在近紫外光（380nm）的作用下，金紅石型TiO2單晶電極能使水在常溫下分解

2、為H2和O2以來(lái)，大量的光催化劑被研制出來(lái)用于分解水制氫，但是光催化劑的活性普遍偏低，對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍太窄，且有些窄帶半導(dǎo)體光催化劑穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生光腐蝕。本文以CdS為基礎(chǔ)催化劑，嘗試以Pt基雙金屬作為助催化劑，旨在提高CdS的可見光分解水產(chǎn)氫效率，并降低催化劑的成本。具體內(nèi)容為：
　　1.CdS的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其可見光分解水產(chǎn)氫性能的影響
　　影響CdS可見光分解水產(chǎn)氫性能的主要因素有：顆粒尺度、比表面積、晶相、結(jié)晶

3、度和形貌，這些因素決定了其帶隙結(jié)構(gòu)、光響應(yīng)范圍、電荷分離和傳輸速率以及活性位點(diǎn)的反應(yīng)速率。采用不同的Cd源和S源，選擇合適的輔助劑，采用水熱/溶劑熱合成了球形、棒狀和葉子狀的CdS；然后以H2PtCl6溶液為前驅(qū)體，NaBH4為還原劑進(jìn)行化學(xué)還原制備Pt納米顆粒，得到Pt/CdS光催化劑。光催化產(chǎn)氫結(jié)果表明，Pt的負(fù)載量為1.2wt％時(shí)，L-CdS產(chǎn)氫速率最高，為47.77mmol/h/g。對(duì)各種形貌CdS樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，初

4、步探討了影響CdS可見光分解水產(chǎn)氫的關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)果表明L-CdS在(002)晶面衍射峰強(qiáng)度特別強(qiáng)，(002)晶面可能為L(zhǎng)-CdS的高指數(shù)晶面，最終使其具有很高的光催化活性。
　　2.PtNi雙金屬納米粒子的制備及其對(duì)CdS光催化分解水產(chǎn)氫活性的影響
　　近年來(lái)，PtNi雙金屬的制備方法成為光電催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，很多方法被相繼開發(fā)出來(lái)用于各種形貌PtNi雙金屬的制備。通常，金屬前驅(qū)體鹽、溶劑、還原劑、封端劑、反應(yīng)溫度以及時(shí)間

5、等合成條件的選擇都會(huì)影響雙金屬納米顆粒的結(jié)構(gòu)。然而，作為光催化分解水產(chǎn)氫的助催化劑，合成出PtNi雙金屬納米粒子只是第一步，還需采用光還原等方法將其沉積在CdS表面，因此在制備過(guò)程中需要慎重選擇金屬前驅(qū)體鹽、溶劑、還原劑、封端劑等，既要能得到預(yù)期結(jié)構(gòu)的PtNi，又要保證溶劑、還原劑、封端劑等在后續(xù)處理過(guò)程中能夠從PtNi表面分離掉。不能不說(shuō)這是個(gè)矛盾。為此，本文分別以乙二胺為溶劑以及N,N-二甲基甲酰胺同時(shí)作為溶劑和還原劑，在不使用封端

6、劑的情況下進(jìn)行了PtNi合金納米粒子的制備。
　　以Pt(acac)2和Ni(acac)2為前驅(qū)體，乙二胺為溶劑，NaBH4為還原劑，PVP為穩(wěn)定劑，采用溶劑熱共還原的方法，制備得到PtNi合金納米粒子，進(jìn)一步作為助催化劑負(fù)載到CdS表面得到PtNi/CdS光催化劑。結(jié)果表明，當(dāng)總負(fù)載量為3wt%，PtNi摩爾比為1:3時(shí)，產(chǎn)氫速率超過(guò)了Pt/CdS，達(dá)到48.96mmol/h/g，這可能是由于雙金屬之間的協(xié)同作用使得電子的轉(zhuǎn)移速

7、率進(jìn)一步增強(qiáng)，降低了光生電子空穴的復(fù)合幾率。
　　采用N,N-二甲基甲酰胺同時(shí)作為溶劑和還原劑，以Pt(acac)2和Ni(acac)2為前驅(qū)體溶劑熱共還原制備得到PtNi納米多面體，進(jìn)一步作為助催化劑負(fù)載到CdS表面得到PtNi/CdS光催化劑?？梢姽夥纸馑a(chǎn)氫性能測(cè)試結(jié)果顯示，總負(fù)載量為4wt%時(shí)，PtNi摩爾比為3:1產(chǎn)氫速率達(dá)到56.55mmol/h/g，明顯高于同等負(fù)載量條件下單一Pt、Ni的產(chǎn)氫速率，這可能是由于雙金屬