發(fā)布時間：2018-04-13 07:16

  本文選題：光催化產(chǎn)氫 + 硫化鎘��； 參考：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：化石燃料的大量使用極大地促進了社會的發(fā)展,然而同時也導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境問題和能源短缺問題。太陽能光催化技術(shù)是解決環(huán)境污染和能源短缺等問題的最具前途的手段之一。自從1972年Honda-Fujishima效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,光催化產(chǎn)H_2的研究已經(jīng)取得了眾多的研究成果,但是截至目前,光催化分解水產(chǎn)氫效率還不能滿足實際應(yīng)用的要求。目前對提高光催化分解水產(chǎn)氫效率的研究主要分為兩個方面:一方面,尋找并開發(fā)具有高活性、高效率的新型光催化半導(dǎo)體材料;另一方面,利用合適方法提高已有光催化半導(dǎo)體材料的光催化效率。CdS半導(dǎo)體材料由于具有合適的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu),被認為是理想的光催化產(chǎn)H_2半導(dǎo)體材料之一,但是CdS光催化劑的載流子復(fù)合率高、光腐蝕現(xiàn)象嚴重,使CdS的光催化產(chǎn)氫活性并不能令人滿意。具有二維結(jié)構(gòu)的新型材料及具有合適能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料與CdS復(fù)合有望得到具有增強的可見光光催化產(chǎn)氫活性的CdS復(fù)合半導(dǎo)體光催化材料。固相合成法相比于常規(guī)溶劑體系中的合成方法具有簡單、高效、環(huán)保等優(yōu)點,對光催化納米材料的合成具有較強的應(yīng)用價值。本論文重點研究了基于CdS的復(fù)合異質(zhì)結(jié)光催化劑的低溫固相法合成,探討了CdS復(fù)合體系中異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對體系光催化活性、抗光腐蝕性的影響,并提出了CdS復(fù)合體系光催化過程中載流子遷移轉(zhuǎn)化的機理。研究具體內(nèi)容主要分為以下兩部分:第一,基于CdS的多元復(fù)合光催化劑能夠通過各組分對光生載流子分離、轉(zhuǎn)移的協(xié)同促進作用獲得良好的光催化分解水產(chǎn)氫性能。利用簡單、高效的低溫固相法制備了CdS與新型二維半導(dǎo)體光催化劑g-C_3N_4及典型的p型半導(dǎo)體CuS構(gòu)成的CdS/g-C_3N_4/CuS三組分復(fù)合光催化劑。優(yōu)化后的CdS/g-C_3N_4/CuS三組分復(fù)合光催化劑的可見光光催化分解水產(chǎn)氫活性為57.56 umol·h-1,顯著高于CdS,g-C_3N_4,Cu S中任意單一組分的可見光光催化分解水產(chǎn)氫活性。CdS/g-C_3N_4/CuS增強的光催化產(chǎn)氫活性的原因包括三個方面:首先,g-C_3N_4的類石墨烯結(jié)構(gòu)以及g-C_3N_4與CdS之間構(gòu)成的n-n型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)促進了光生載流子的分離與傳輸;其次,CuS與CdS之間形成的p-n型異質(zhì)結(jié)進一步促進了光生電子和光生空穴在空間上的分離;此外,三者互異的能帶結(jié)構(gòu)使復(fù)合體系對不同波長的光都有較好的利用率。本研究成功的利用低溫固相法制備了基于CdS的三組分復(fù)合光催化劑,該CdS/g-C_3N_4/CuS催化劑中不同材料之間的協(xié)同作用使復(fù)合體系具有增強的載流子遷移與分離性能,從而獲得增強的光催化產(chǎn)H_2活性。第二,CdS與ZnS、CuS等過渡金屬硫化物(MS)構(gòu)成固溶體結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能夠顯著增強體系的光催化產(chǎn)氫性能。論文進一步研究了CdS與ZnS、CuS分別構(gòu)成的兩組分復(fù)合材料的低溫固相法合成及它們光催化產(chǎn)H_2性能。研究表明,低溫固相法合成的CdS、ZnS均為立方晶相,而CuS為六方晶相,CdS與ZnS形成了可以任意比例互溶的立方相ZnxCd1-x S固溶體,而CdS與CuS形成了p-n型CdS/CuS異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。ZnxCd1-xS固溶體在x取0.5時的可見光光催化分解水產(chǎn)H_2活性高達411.08 umol·h-1(λ≥420 nm),這是因為ZnxCd1-xS固溶體具有比CdS、ZnS更合適的能帶結(jié)構(gòu),因而具有更低的光生載流子的復(fù)合率。調(diào)節(jié)CdS/CuS復(fù)合材料中CuS為最佳含量時,CdS/CuS的可見光光催化產(chǎn)氫活性為68.34 umol·h-1是CdS光催化產(chǎn)氫活性的5倍(λ≥420 nm),這是因為CdS/CuS復(fù)合材料中的p-n型異質(zhì)結(jié)能夠顯著促進載流子在空間上的分離。這項研究不僅提供了一種簡單、高效的一步固相法來合成CdS/MS復(fù)合光催化劑,還證明固溶體結(jié)構(gòu)和p-n型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對于提高CdS/MS復(fù)合光催化劑的可見光光催化產(chǎn)氫活性的重要作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;O644.1;TQ116.2

【參考文獻】

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2 鄒帥;伏再輝;向超;吳文鋒;湯森培;劉亞純;尹篤林;;一步溫和水熱法制備具有改善光催化活性和穩(wěn)定性的碳包覆CdS納米粒子（英文）[J];催化學(xué)報;2015年07期

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2 張軍;復(fù)合金屬硫化物光催化劑的制備及其可見光活性研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

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本文編號：1743464