【摘要】：全球氣候變暖給人類的生存帶來(lái)了極大的威脅,也嚴(yán)重的影響了人們的生活。此外,能源危機(jī)也是制約人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性因素,煤、石油、天然氣等化石燃料終有耗盡的時(shí)候。在這樣的背景下,太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的將二氧化碳(C02)等溫室氣體轉(zhuǎn)化為可以供人類使用的具有高附加值燃料既可以環(huán)境友好的滿足人們對(duì)能源的需求又可以減輕人們過(guò)度排放的二氧化碳所帶來(lái)的危害。所以,相關(guān)研究就成為了國(guó)際上的研究熱點(diǎn),其中的關(guān)鍵是找到一種高效、廉價(jià)、穩(wěn)定的光催化劑。近些年,金屬配合物、有機(jī)化合物、金屬氧化物、金屬硫化物、石墨復(fù)合物等多種材料被報(bào)道可以作為光催化劑來(lái)轉(zhuǎn)化CO2,其中,硫化鎘(CdS)由于其良好的可見(jiàn)光吸收能力和CdS的導(dǎo)帶位置符合光催化將CO2還原為燃料的要求而成為廣泛研究的材料,此外,價(jià)格低廉和易于制備也使得其在未來(lái)大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)成為可能。但是,CdS仍然存在兩方面的缺陷限制了它的應(yīng)用:一方面是由于其導(dǎo)電性不夠好,使得其光生電子和空穴的容易發(fā)生復(fù)合的現(xiàn)象;另一方面是CdS中的硫離子易于在溶液中的水和氧氣的幫助下和光生空穴發(fā)生反應(yīng),減少了CdS的量,這就是硫化物易于發(fā)生的光腐蝕的現(xiàn)象。針對(duì)這些缺點(diǎn),本文主要以傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料CdS為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行改性,在提高其催化活性的基礎(chǔ)上同時(shí)也提高了其光穩(wěn)定性,具體的研究工作如下:(1)過(guò)氧化氫處理的硫化鎘用于光催化和光電催化還原二氧化碳的研究利用水熱法,以醋酸鎘(Cd(Ac)2·2H2O),硫脲(CH4N2S),少量的過(guò)氧化氫(H2O2)為前驅(qū)物水熱合成含有鎘空位的CdS,鎘空位的存在能夠促進(jìn)CdS的光生電子和空穴的分離從而提升其催化還原CO2的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于光催化還原CO2,最佳配比的含有鎘空位的CdS樣品0.4CdS不僅表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于其他含碳產(chǎn)物的一氧化碳(CO)的選擇性,而且其CO的產(chǎn)量是純的CdS的2.1倍,達(dá)到了316 μmol g-1 h-1。此外,通過(guò)引入一個(gè)比較弱的負(fù)電壓構(gòu)建的光電催化體系,有效地提高了CdS的催化活性和光穩(wěn)定性,這使得在四次循環(huán)之后,0.4CdS仍然保持了94.2%的性能。這項(xiàng)工作不僅成功的改性了CdS,使其更適宜廣泛地應(yīng)用,而且更可以為易于發(fā)生光腐蝕的半導(dǎo)體材料提供一個(gè)增強(qiáng)其光穩(wěn)定性的方法。(2)碳材料包覆的含有鎘空位的硫化鎘用于光催化還原二氧化碳的研究利用葡萄糖(C6H12O6)、聚吡咯(PPY)和聚苯胺(PAN)等包覆再進(jìn)行煅燒的方法,制備不同的碳材料包覆的含有鎘空位的CdS。通過(guò)XRD、TG等表征,證明了成功地合成了碳材料包覆的含有鎘空位的CdS;通過(guò)光電流、EIS等表征,說(shuō)明了由于碳材料層優(yōu)良的導(dǎo)電性,提高了碳材料包覆的含有鎘空位的CdS的光生電子和空穴的分離效率和轉(zhuǎn)移效率;進(jìn)行了在模擬太陽(yáng)光條件下的光催化還原CO2測(cè)試以及循環(huán)性測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,碳材料層的存在能夠提高含有鎘空位的CdS的光催化還原CO2的活性和光穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作通過(guò)簡(jiǎn)單的碳材料包覆的方法,有效地提高了CdS光催化還原CO2的性能和穩(wěn)定性,通過(guò)對(duì)比不同的包覆碳材料,研究了氮摻雜碳和碳包覆的對(duì)于光催化還原CO2的性能和選擇性的影響。
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1;X701
【圖文】：

圖１－１．植物光合作用的機(jī)理圖UO。逡逑光催化反應(yīng)是光和物質(zhì)之間相互作用的多種方式中的一種，是催化反應(yīng)和光反逡逑應(yīng)的結(jié)合，是在光的作用下光催化劑促進(jìn)反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的作用。光催化劑逡逑

根據(jù)能帶理論，半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)為：存在一系列的空帶，最下面的空帶是導(dǎo)逡逑帶（ＣＢ）；存在一系列的滿帶，最上面的滿帶是價(jià)帶（ＶＢ）；而導(dǎo)帶和價(jià)帶之間是逡逑禁帶Ｍ。半導(dǎo)體的光催化基本原理如圖１－２所示，一般來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體價(jià)帶中的電子逡逑（ｅＯ是不能自發(fā)的躍遷到導(dǎo)帶去的，而當(dāng)外界有能量不小于禁帶寬度（Ｅｇ）的光逡逑照照射到半導(dǎo)體表面時(shí)，處于價(jià)帶中的電子就可以被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶中，價(jià)帶中留逡逑下相同數(shù)量帶正電荷的空穴（ｈ＋）邋［１火導(dǎo)帶中的光生電子具有較強(qiáng)的還原性，價(jià)帶逡逑中的光生空穴具有較強(qiáng)的氧化性。由于半導(dǎo)體能帶的不連續(xù)性，光生電子和空穴的逡逑３逡逑

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1 吳謙;聶小春;g

本文編號(hào)：2736306