硫化鋅鎘復(fù)合光催化劑的合成及光解水制氫性能的研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境污染的加深和能源危機的日益嚴峻，利用太陽能制備清潔、環(huán)境友好、燃燒值高的氫能源具有重大的實際意義和廣闊的應(yīng)用前景。自從1972年首次報道TiO2具有光催化裂解水的性能以來，利用太陽光半導體光催化裂解水制氫，已被廣泛認為是一項最有潛力的獲取氫氣的方法。設(shè)計制各可見光驅(qū)動的具有高活性和較好穩(wěn)定性的光催化劑，使其能夠充分的吸收太陽光，成為材料化學領(lǐng)域的一個重要研究課題。
　　CdxZn1-xS三元固溶體，其兼具CdS和ZnS

2、的優(yōu)點，具有較好的抗光腐蝕和可見光響應(yīng)能力，是一種光催化制氫明星催化劑。但是，CdxZn1-xS光生載流子復(fù)合仍然較快，所以將CdxZn1-xS與其他半導體助催化劑材料構(gòu)筑形成異質(zhì)結(jié)復(fù)合物，對CdxZn1-xS性能進行優(yōu)化?；谶@一想法，我們首先選取WO3作為共催化劑。WO3自身具有高的載流子遷移率和化學、熱穩(wěn)定性，并且在溶液中極好的耐光腐蝕性，我們制備的復(fù)合光催化劑的性能得到了顯著的改善。我們也研究了WS2作為助催化劑的性能。WS2是

3、一種類石墨烯型的過渡金屬二硫化物，其獨特的形貌、較好導電性、大的比表面積，在復(fù)合材料中是一種理想的構(gòu)筑框架，由它和硫化鋅鎘組成的復(fù)合光催化劑性能優(yōu)良。本論文包含以下四個章節(jié):
　　一:概述了CdxZn1-xS光解水制氫催化劑的研究背景、發(fā)展動態(tài)及Cd0.5Zn0.5S的性能優(yōu)化方法。
　　二:制備了一種新型的Cd0.5Zn0.5S/WO3復(fù)合光催化劑，當Cd0.5Zn0.5S負載含量達到60 wt％，產(chǎn)氫活性最高，比純Cd0

4、.5Zn0.5S提高了2倍多，量子效率達到16.7％。同時研究了通過負載貴金屬Pt，形成Z-scheme異質(zhì)結(jié)體系，解釋了體系中電子的傳輸過程，闡明了產(chǎn)氫活性提高的機理。
　　三:我們采用硫代乙酰胺作為硫源，首次成功的合成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的Cd0.5Zn0.5S/WS2納米復(fù)合光催化劑。高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)驗證了這種材料中存在緊密的異質(zhì)結(jié)。X射線光電子能譜(XPS)驗證了復(fù)合物具有一定的組成。漫反射光譜表征了材料能帶情況，

5、進一步解釋了產(chǎn)氫過程中電子轉(zhuǎn)移機理。體系在含有硫化物溶液的條件下，Cd0.5Zn0.5S含量在41 wt％時，產(chǎn)氫速率達到17.3 mmol/g/h，在420 nm光照下，量子效率達到23.18％。這些性能的改善可以歸結(jié)為WS2的大比表面積和介孔結(jié)構(gòu)。同時WS2作為電子池，為表面催化反應(yīng)提供了更多的活性位點，顯著的提高了產(chǎn)氫活性。
　　四:我們首次發(fā)現(xiàn)，GaP可以作為單一的光催化劑使用，測試了其在不同犧牲劑下光解水產(chǎn)氫性能。通過在