本文關鍵詞：半導體材料的能帶調(diào)控及其光催化性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《浙江理工大學》 2014年

CuS/ZnS納米材料的調(diào)控合成及其光催化性能研究

肖亮  

【摘要】：如何解決能源短缺和環(huán)境污染問題是當今世界面臨的巨大挑戰(zhàn)。光解水制氫是解決能源短缺的一種潛在有效手段，因為光解水制氫只需要太陽光，催化劑和水。半導體ZnS在光激發(fā)下快速產(chǎn)生電子-空穴對且產(chǎn)生的光電子還原電位很低可以用于分解水制氫，因此受到了研究者的關注。但是ZnS的禁帶較寬，只在紫外光照射下才具有催化活性，故需要對其修飾使其在可見光下也具有良好的催化性能。本文通過窄禁帶CuS與不同形貌的ZnS復合，得到CuS/ZnS復合光催化劑，在沒有貴金屬共催化劑存在下，CuS/ZnS復合光催化劑也具有很高的催化活性，可見光照射下(λ≥400nm)能快速分解含0.35M Na2S和0.25M Na2SO3的水溶液制取氫氣。而且循環(huán)實驗表明CuS/ZnS復合光催化劑具有很好的穩(wěn)定性。作為一種重要的酸性氧化物，W18O49因為獨特的結(jié)構(gòu)缺陷和穩(wěn)定的物理化學特性，成功用于探測器和紅外光吸收劑等，，也是潛在的新型吸附材料。全文包括以下四方面的研究內(nèi)容： 1.利用ZnCl2和硫粉在體積比為1:2的乙二胺和乙醇混合溶劑中的溶劑熱反應得到球狀ZnS，并以其為前驅(qū)體在80C的水浴中與Cu(NO3)2溶液發(fā)生離子交換反應得到直徑為200-400nm的球狀CuS/ZnS復合光催化劑。HRTEM顯示直徑10nm的CuS納米粒子沉積在ZnS球表面。在可見光照射下，球狀CuS/ZnS復合光催化劑能快速分解水制氫。CuS含量為0.49%的CuS/ZnS復合球的光催化性能最優(yōu)，產(chǎn)氫速率達695.7μmol h-1g-1，是CuS和ZnS機械混合物的7倍。我們初步判斷光催化性能的提高源于CuS/ZnS的異質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的界面電子遷移。 2.以ZnCl2為鋅源，S粉為硫源，在體積比為1:1的乙二胺-乙醇溶劑中通過溶劑熱反應得到六方片狀ZnS(NH2CH2CH2NH2)0.5前驅(qū)體，該前驅(qū)體進一步和Cu(NO3)2溶液的水熱反應得到六方片狀CuS/ZnS復合光催化劑。當CuS的含量為6.06mol%時，CuS/ZnS復合光催化劑的催化活性最高，產(chǎn)氫速率達1233.5μmol h-1g-1。 3.以醋酸鋅和硫脲為原料，通過在乙二胺水溶液中的水熱反應合成了多層花狀ZnS(NH2CH2CH2NH2)0.5前驅(qū)體，通過前驅(qū)體和Cu(NO3)2溶液的離子交換反應得到多孔納米片組成的多層花狀CuS/ZnS復合光催化劑。CuS含量為3.9mol%的CuS/ZnS復合光催化劑，產(chǎn)氫速率最快，達1206.2μmol h-1g-1。循環(huán)實驗表明CuS/ZnS復合光催化劑穩(wěn)定性良好。我們對可見光催化機理進行了初步探討，認為納米片組成的多層結(jié)構(gòu)和界面電子遷移的共同作用提高了光催化活性。 4.利用WCl6在三甘醇中的溶劑熱反應合成海膽狀W18O49。海膽狀W18O49的高比表面積和表面的氧缺位有利于有機染料的吸附。海膽狀W18O49及其300C煅燒產(chǎn)物對亞甲基藍和羅丹明B的吸附動力學符合準二級吸附動力學。我們采用內(nèi)擴散模型研究了海膽狀W18O49及其300C煅燒產(chǎn)物對亞甲基藍和羅丹明B的吸附機理，發(fā)現(xiàn)吸附過程由表面吸附和粒子內(nèi)擴散控制。我們的產(chǎn)品在有機染料廢水處理領域具有潛在的應用前景。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：O643.36
【目錄】：

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