當(dāng)前,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人類需求的升級(jí),能源成為人類社會(huì)進(jìn)步的一個(gè)重要指標(biāo),能源問題也一直備受人們的關(guān)注。探索清潔綠色的、環(huán)境友好的可再生能源成為世界研究者面臨的極大挑戰(zhàn)。這其中,氫能就是最好的候選者,而光催化分解水制氫技術(shù)就可以利用太陽光作為光源,在能源生產(chǎn)方面有很大的前景,它將完成太陽能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。本論文旨在通過設(shè)計(jì)和構(gòu)筑一系列高性能、高穩(wěn)定性的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),探索出半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面與光生電荷遷移和分離以及光催化活性之間的內(nèi)在聯(lián)系。設(shè)計(jì)出一系列非貴金屬為助催化劑的金屬硫化物基復(fù)合物光催化劑,并將其應(yīng)用到了分解水產(chǎn)氫性質(zhì)研究。為今后非貴金屬負(fù)載的光催化劑體系的設(shè)計(jì)和制備提供一定的有力數(shù)據(jù)支撐。本論文的研究?jī)?nèi)容主要是由以下四個(gè)部分組成:1.利用簡(jiǎn)便的溶劑熱法合成CdS主催化劑,再分別以CuCl₂?2H₂O和Na₂S₂O₃?5H₂O為銅源和硫源,合成CuS助催化劑,將二者復(fù)合在一起形成CuS/CdS復(fù)合物,并通過優(yōu)化CuS的最優(yōu)負(fù)載量,得到最佳的光... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光催化分解水制氫機(jī)理圖[23]

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士研究生論文4方向。還有其他的一些氮化物材料在不斷發(fā)掘，為光催化領(lǐng)域的材料方面提供更多的選擇。部分磷化物也可被用作光催化分解水制氫的材料，Wang等人在納米碳布上負(fù)載磷化鈷納米陣列，在太陽光照射下分解水，CoP核和納米陣列形態(tài)對(duì)活性有顯著的貢獻(xiàn)，達(dá)到了很好的析氫析氧預(yù)期結(jié)果[48]。對(duì)于磷化物而言，更多的應(yīng)用在電催化的研究上，并且還可以實(shí)現(xiàn)全解水。總的來說，上面提到的這些氧化物、硫化物、氮化物和磷化物都可以在可見光下分解水制氫，至于它們的活性需要不同的策略來改善，從而實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的應(yīng)用。在圖1.2中給出了部分半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)圖以及水分解的氧化還原電勢(shì)圖。圖1.2部分半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)帶價(jià)帶位置圖[49]。Figure1.2Thefigureofpartialsemiconductorenergybandstructureandconductionbandvalencebandlocation.1.2金屬硫化物基材料的概述目前，半導(dǎo)體材料確實(shí)有很多種可用在光催化研究領(lǐng)域，但是這些半導(dǎo)體材料直接利用太陽光分解水制氫的效率一直都不是很高。因此，研究人員主要從以下幾個(gè)方面來提高光催化效率，一、通過一些改性手段來提高對(duì)可見光的利用率。第二，采用制備多元復(fù)合半導(dǎo)體材料的形式以增加光生電子和空穴對(duì)的分離效率[50-52]。一直以來，國(guó)內(nèi)外的一些專家組發(fā)現(xiàn)金屬硫化物和硫化物固溶體在不同的犧牲試劑存在的條件下對(duì)光催化制氫效率都具有很高的研究?jī)r(jià)值，研究結(jié)果的報(bào)道也是層出不窮[53-56]，這是由于金屬硫化物和硫化物固溶體作為一類良好的半導(dǎo)體材料，擁有較為合適的能帶結(jié)構(gòu)，所以廣泛的被應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。這其中應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)該是硫化鎘和硫化鋅半導(dǎo)體以及它們形成的固溶體。

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士研究生論文5硫化鎘（CdS）是n型半導(dǎo)體材料一個(gè)典型硫化物代表，帶隙值在2.4eV左右，對(duì)于分解水制氫來講具有合適的導(dǎo)帶電勢(shì)值，可以充分吸收太陽光中的可見光波段，有較高的太陽光利用率和光反應(yīng)活性，CdS半導(dǎo)體不僅具有優(yōu)異的光學(xué)性能，還有突出的電化學(xué)性能，作為可見光響應(yīng)的光催化制氫材料吸引了研究者的眼球[57]。CdS的晶體結(jié)構(gòu)主要以兩種形式存在：立方晶系的閃鋅礦型和六方晶系纖維鋅礦型，結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1.3所示。另外，前人的研究工作證明閃鋅礦型的CdS存在更小的納米顆粒，隨著顆粒的不斷生長(zhǎng)，開始出現(xiàn)纖維鋅礦型的CdS，而六方晶系的CdS結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性更優(yōu)越[59]，各自具有優(yōu)缺點(diǎn)。圖1.3立方閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)和六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的CdS[58]。Figure1.3TheschematicdiagramofcubiczineblendeCdSandsixwurtziteCdS.截至目前，對(duì)于CdS的光催化研究已經(jīng)較為深入，無論是從形貌還是結(jié)構(gòu)都報(bào)道了大量的文獻(xiàn)。最近，Zhu等人采用簡(jiǎn)單的原位光沉積法在CdS納米棒上沉積氧化鎳形成復(fù)合催化劑，在可見光照射下最大產(chǎn)氫速率可達(dá)到了445.6μmolh-1，約為單一CdS的41倍和1.5wt％Pt/CdS的1.9倍。氧化鎳負(fù)載在CdS顆粒上，形成了Ni2O3這種物質(zhì)，它起到了電子捕獲陷阱的作用，促進(jìn)了光生電荷的分離[60]。Zhao等人成功地制備了基于三維有序大孔TiO2的三元光催化劑TiO2-Au-CdS，根據(jù)XRD結(jié)果和TEM分析，所得的3DOMTiO2-Au-CdS粉末具有純的銳鈦礦相TiO2和綠巖結(jié)構(gòu)的CdS,通過電鏡可以清晰地觀察到Au納米顆粒（AuNPs）和CdS均勻分布在3DOM結(jié)構(gòu)中，這樣的形態(tài)分布可以改善光收集和利用其傳質(zhì)促進(jìn)作用，提高了可見光下的H2生成速率。本工作證明了3DOM結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)光吸收的協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)AuNPs納米粒子儲(chǔ)存效應(yīng)以及CdS降低載流子的復(fù)合速率，提高了光?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CdS修飾的一維g-C3N4多孔納米管在光催化降解污染物和產(chǎn)氫中的應(yīng)用（英文）[J]. 種奔,陳雷,韓德志,王亮,馮麗娟,李勤,李春虎,王文泰.  催化學(xué)報(bào). 2019(06)
[2]g-C3N4界面改性:摻雜金屬硫化物構(gòu)建新型異質(zhì)結(jié)光催化劑的能源轉(zhuǎn)換展望（英文）[J]. 任亦杰,曾德乾,Wee-Jun Ong.  催化學(xué)報(bào). 2019(03)
[3]三元NiS/CQDs/ZnIn2S4 光催化體系的合理設(shè)計(jì)及其產(chǎn)氫性能（英文）[J]. 王冰清,丁瑤,鄧子榕,李朝暉.  催化學(xué)報(bào). 2019(03)
[4]基于摻Zn氮化碳和BiVO4構(gòu)建Z型光催化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全分解水（英文）[J]. 秦臻,房文健,劉軍營(yíng),韋之棟,江治,上官文峰.  催化學(xué)報(bào). 2018(03)
[5]半導(dǎo)體光解水制氫研究:現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及展望[J]. 謝英鵬,王國(guó)勝,張恩磊,張翔.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[6]錳摻雜硒硫化鎘光陽極的制備與光電性能[J]. 白述銘,田建華,馬換梅,朱坤磊,單忠強(qiáng).  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2015(07)
[7]復(fù)合光催化劑CdS-Pt/TiO2制備及可見光光解海水制氫性能[J]. 彭紹琴,劉曉燕,丁敏,李越湘.  分子催化. 2013(05)
[8]MnS光催化劑的制備及其產(chǎn)氫性能[J]. 吳曉東,孫曉君,魏金枝,劉婧婧,霍偉光.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(03)
[9]不同晶型納米CdS的合成及其光催化活性[J]. 丁優(yōu)仙,于迎春,劉建軍,左勝利.  化學(xué)研究. 2009(02)
[10]半導(dǎo)體氧化物光催化裂解水制氫[J]. 黃昀,吳季懷.  化學(xué)進(jìn)展. 2006(Z2)



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