基于In2S3納米材料光電協(xié)同催化還原CO2的研究.pdf

1、伴隨著近年來(lái)CO2在大氣中含量的逐年遞升，它所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也愈發(fā)凸顯，由于CO2是溫室氣體的主要組成部分，所以溫室效應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)重，另外還有海水酸化、冰川融化、自然災(zāi)害嚴(yán)重等問(wèn)題也在不斷惡化。對(duì)于CO2傳統(tǒng)的處理方法盡管有一定效果，但是存在能源消耗過(guò)大和二次污染的弊端。因此通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，光電催化對(duì)于CO2的處理，不僅高效而且能耗較少，更為關(guān)鍵的一點(diǎn)是不會(huì)造成二次污染。
　　對(duì)于光電催化還原CO2的關(guān)鍵是對(duì)于催化劑的選擇。由于CO2

2、的分子呈三原子直線型，偶極矩為零，非常穩(wěn)定，必須經(jīng)過(guò)活化才能參與各種反應(yīng)。網(wǎng)狀玻碳板（RVC）具有良好的導(dǎo)電性與透光性、比重輕、強(qiáng)度高、比表面積大且耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，為其作為催化電極的基底材料奠定了良好的基礎(chǔ)。盡管RVC的導(dǎo)電性良好，但是其對(duì)于CO2的催化還原能力效果較差，因此只有與其它材料進(jìn)行復(fù)合才能進(jìn)行高效的催化反應(yīng)。因而我們通過(guò)設(shè)計(jì)與探究，制備出了In2S3NFs/RVC、In2S3 NPs/RVC和DyInS3 NPs/RVC三種復(fù)

3、合電極，并將它們應(yīng)用于CO2的催化還原實(shí)驗(yàn)。
　　In2S3作為Ⅱ-Ⅲ族的硫化物，是一種典型的n型半導(dǎo)體材料，由于禁帶寬度相對(duì)較低，能夠?qū)τ诟鼘挷ㄩL(zhǎng)的紫外可見(jiàn)光都有響應(yīng)，因此作為一種光敏材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電池及電視顯像管等。我們利用硫脲作為硫源，InCl3·4H2O作為銦源，使用水熱合成法，通過(guò)對(duì)于反應(yīng)時(shí)間和溫度的調(diào)控制備出了In2S3納米花(In2S3 NFs)，利用浸漬法負(fù)載于RVC上，然后對(duì)于CO2進(jìn)行光電催化還原研究。

4、通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，盡管其對(duì)CO2的光電催化較為明顯，但是光電轉(zhuǎn)化效率較低，并且產(chǎn)物產(chǎn)率不高。
　　由于材料本身的尺寸、形貌以及晶型結(jié)構(gòu)等對(duì)于其性質(zhì)也有重要影響，這些都與合成的方法與條件有著重要關(guān)聯(lián)。為了制備出對(duì)于CO2具有高效催化能力的In2S3納米材料，使用二苯基硫脲作為硫源，利用溶劑熱界面合成法，使得In2S3納米材料在油水界面趨向生長(zhǎng)。最終制備出光電催化效果較好的In2S3納米粒子（In2S3 NPs），然后與RVC復(fù)合。通過(guò)實(shí)

5、驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，In2S3 NPs/RVC與In2S3 NFs/RVC相比的光電轉(zhuǎn)化效率提高比例為23％，主要還原產(chǎn)物甲醇的產(chǎn)率提高了1.4倍。
　　盡管In2S3 NPs/RVC的光電協(xié)同催化效果得到了進(jìn)一步提升，但是由于In2S3的自身導(dǎo)電性較差，盡管RVC具有良好的導(dǎo)電性，但是光生電子和還原電子不能夠得到良好的傳輸，因此為了提高電極自身的電催化活性，引入了稀土元素Dy對(duì)其進(jìn)行催化劑改性。實(shí)驗(yàn)中利用溶劑熱界面還原反應(yīng)，將Dy3+與In

6、3+按摩爾比1:1的比例進(jìn)行摻雜，然后進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)控制反應(yīng)條件，制備出了直徑約為25 nm的DyInS3納米球（DyInS3 NPs），通過(guò)對(duì)于DyInS3 NPs/RVC的光電催化性能的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)摻雜Dy，電極的電阻值有了大幅度降低，法拉第電流效率由原來(lái)的25.9%提高到了55.3%，禁帶寬度降低至1.78 eV，對(duì)于可見(jiàn)光的吸收范圍更大，另外對(duì)于還原產(chǎn)物甲醇的選擇性良好并且產(chǎn)率高達(dá)12.35 mmol L-1cm-2。所制備的