【摘要】：近年來(lái),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題也日益嚴(yán)重。半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一門(mén)新興技術(shù),不僅能夠光催化分解水產(chǎn)氫作為清潔能源,而且還可以光催化降解污染物,越來(lái)越受到人們的普遍關(guān)注。金屬硫化物半導(dǎo)體作為一種光催化材料,由于其適宜的禁帶寬度和優(yōu)異的光電學(xué)性質(zhì)使得其在污水處理,光分解水產(chǎn)氫,環(huán)境凈化等方面得到廣泛的應(yīng)用。但是,由于金屬硫化物半導(dǎo)體材料化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,容易發(fā)生光腐蝕現(xiàn)象而不能長(zhǎng)久穩(wěn)定的使用,并且其合成方法復(fù)雜,對(duì)合成設(shè)備要求較高,從而限制了其使用價(jià)值和應(yīng)用范圍。本論文圍繞對(duì)金屬硫化物光催化材料的制備及其可見(jiàn)光產(chǎn)氫性能的增強(qiáng),開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作,主要包括鋅硫鎘固溶體與磷化物復(fù)合光催化劑的制備及產(chǎn)氫性能研究和一步煅燒法制備硫化鎘納米片及其光催化產(chǎn)氫性能的研究。其中通過(guò)選取不同的磷化物共催化劑來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)和穩(wěn)定金屬硫化物半導(dǎo)體材料的光催化活性。同時(shí)本文也重點(diǎn)研究了用一步煅燒法合成片狀結(jié)構(gòu)的硫化鎘光催化材料,在金屬硫化物半導(dǎo)體材料的性能增強(qiáng)和制備方法研究中取得了創(chuàng)新性的研究成果,詳細(xì)的研究工作包括以下兩個(gè)方面:第一,鋅硫鎘固溶體與磷化物復(fù)合光催化劑的制備及其產(chǎn)氫性能研究。首先,我們選用硝酸鎳,硝酸鈷,硝酸銅和硫酸鐵為前驅(qū)體,通過(guò)離子交換等方法制備Cu_3P,CoP,Ni_2P及Fe_2P,再將這幾種不同的磷化物分別與鋅硫鎘固溶體復(fù)合形成二元復(fù)合光催化劑。研究表明,Cu_3P,CoP,Ni_2P及Fe_2P對(duì)鋅硫鎘固溶體的光催化產(chǎn)氫活性均有一定的促進(jìn)作用,尤其以鋅硫鎘與Cu_3P的復(fù)合體系最為突出。在鋅硫鎘與Cu_3P的復(fù)合體系中,當(dāng)Cu_3P的質(zhì)量百分比在0.3%時(shí),CZS5/Cu_3P-0.3%樣品的光催化產(chǎn)氫速率達(dá)到320.8 umol·h~(-1),是同樣條件下鍍了同樣質(zhì)量貴金屬鉑的鋅硫鎘CZS5/Pt-0.3%樣品的兩倍多。通過(guò)電化學(xué)分析和瞬態(tài)熒光光譜分析,進(jìn)一步說(shuō)明了Cu_3P在作為共催化劑時(shí)能夠提高鋅硫鎘固溶體的催化活性和穩(wěn)定性。這主要是因?yàn)镃u_3P與鋅硫鎘固溶體可以有效接觸,增加催化劑的表面活化面積,從而使其在光催化過(guò)程中能提供更多的活性位點(diǎn)。由于Cu_3P與鋅硫鎘的錯(cuò)位能帶位置,可以促使鋅硫鎘受光照激發(fā)產(chǎn)生的光生電子能夠部分轉(zhuǎn)移至Cu_3P表面,減少光生電子與空穴的復(fù)合幾率,使得催化反應(yīng)效率大大提高。此外,本實(shí)驗(yàn)還探究了鋅硫鎘固溶體與磷化物復(fù)合光催化劑在單色光為光源照射下的光催化產(chǎn)氫活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在不同的單色光照射下,其光催化產(chǎn)氫速率有明顯的差異,其中在420 nm單色光照射下,CZS5/Cu_3P-0.3%樣品的產(chǎn)氫速率高達(dá)751.51 umol·h~(-1),是可見(jiàn)光照射下產(chǎn)氫速率的兩倍多,這說(shuō)明該二元復(fù)合體系的可見(jiàn)光吸收邊帶在420 nm左右,磷化物的加入可以有效的改變體系的光吸收邊帶和促進(jìn)鋅硫鎘光催化劑的催化活性,進(jìn)一步擴(kuò)大了金屬硫化物半導(dǎo)體光催化材料的使用范圍。第二,一步煅燒法制備硫化鎘納米片及其光催化產(chǎn)氫性能研究。首先,將前驅(qū)體硫酸鎘放置于含硫的氛圍中,通過(guò)一步煅燒法得到產(chǎn)物硫化鎘。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,分別設(shè)置250℃,300℃,350℃,400℃四種不同的溫度梯度來(lái)探究產(chǎn)物硫化鎘的催化性能。研究表明,這四種溫度下煅燒合成的硫化鎘均能光催化分解水產(chǎn)氫,且在300℃條件下煅燒合成的硫化鎘呈片狀形貌,光催化產(chǎn)氫速率在所有樣品中最高,達(dá)到149.67 umol·h~(-1)。我們還將其與水熱法合成的硫化鎘納米棒作對(duì)比,結(jié)果表明,該方法合成的硫化鎘納米片光催化產(chǎn)氫活性更高。一步煅燒法不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)便易行,且成本低綠色環(huán)保,合成的硫化鎘納米片在性能方面更為理想,這是一種高效的合成硫化鎘光催化劑的方法,同時(shí)也為其他的金屬硫化物半導(dǎo)體材料的合成提供了一種新思路。
【圖文】：

牡戎嵯道嘈�。菱�?CdS 晶體通常呈六角錐體結(jié)構(gòu)（如圖1-1 所示）(Zhang and Guo 2013, Mazumdar et al. 2015)，且硫化鎘立方晶體和六方晶體在不同溫度下的穩(wěn)定性并不相同(Mills and Hunte 1997, Ma et al. 2010)。由于適宜的帶隙寬度（2.4 eV），，硫化鎘被認(rèn)為是在各種硫化物光催化應(yīng)用中最突出的可見(jiàn)光響應(yīng)型光催化劑之一(Yang, Li, et al. 2013)。圖 1-1 硫化鎘閃鋅礦相和纖鋅礦相晶體結(jié)構(gòu)的示意圖(Zhang and Guo 2013)Fig. 1-1 Schematic diagram of zinc-blende and wurtzite CdS crystal structures(Zhang and Guo2013).許多研究報(bào)道了特定形貌的 CdS 光催化劑在光催化性能方面所表現(xiàn)的不同特征，如 0 維結(jié)構(gòu)(Chandran et al. 2014)，1 維結(jié)構(gòu)(Wu et al. 2014, Wu et al. 2015)，2 維結(jié)構(gòu)(Bera et al. 2015, Ahmed et al. 2016)和 3 維結(jié)構(gòu)(Li, Han, et al. 2012, Xiang et al. 2013)。眾所周知，不同形貌結(jié)構(gòu)的硫化鎘光催化劑對(duì)其光催化性能也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。探索硫化鎘光催化劑的形貌與光催化性能之間的具體聯(lián)系

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 屆碩士研究生學(xué)位論文米材料的方法，被認(rèn)為是一種綠色和低成本的合成技術(shù)。在合成壓釜內(nèi)溶液的溫度來(lái)使反應(yīng)物產(chǎn)生化學(xué)對(duì)流形成過(guò)飽和狀態(tài)，從鎘晶體的生長(zhǎng)。通常，通過(guò)水熱法合成的硫化鎘或硫化鎘基光催高和分散性好等特點(diǎn)。例如，Tang 等人利用氫氧化物，硝酸鎘和應(yīng)物，通過(guò)一步原位水熱法合成 CdS-鈦酸鹽納米管（CdS/TNT驗(yàn)和表征技術(shù)，探索了該合成體系的光催化性能(Tang et al. 201 CdS/TNTs 在光催化反應(yīng)過(guò)程中顯示出較高的活性。具體的水熱3 所示。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2

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