化石燃料燃燒引發(fā)的能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為世界各國(guó)面臨的兩大重要挑戰(zhàn),因此,人們亟待開發(fā)可再生且無污染的新能源。氫氣（H2）是一種絕對(duì)清潔的可再生能源,由于具有很高的燃燒焓被認(rèn)為是化石燃料的理想替代者之一,而半導(dǎo)體光解水技術(shù)是能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為氫能的一種有效方式。CdS作為一種典型的半導(dǎo)體材料,由于具有2.4e V的合適帶隙被廣泛應(yīng)用于光催化制氫領(lǐng)域,然而單純CdS的光生電子-空穴復(fù)合速率快使得其產(chǎn)氫活性較低,因此如何有效抑制它們的復(fù)合成為提高CdS光解水制氫活性的關(guān)鍵。本論文通過負(fù)載其他半導(dǎo)體或助催化劑對(duì)CdS進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男詮亩岣逤dS的光催化產(chǎn)氫活性。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.原位合成CoWO₄/CdS納米復(fù)合光催化劑并用于光解水產(chǎn)氫。實(shí)驗(yàn)表明,空白的CoWO₄納米粒子在可見光照射下是可以產(chǎn)氫的,最佳比例CoWO₄-0.5-CdS復(fù)合材料的光催化產(chǎn)氫速率達(dá)到1224mmol·g-1·h-1,分別是空白CdS和CoWO₄的35倍和15倍。CoWO₄與CdS間形成的p-n異質(zhì)結(jié)能... 

【文章來源】：遼寧師范大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體光催化分解水的原理示意圖

遼寧師范大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-究。而這樣的半導(dǎo)體需要具有比氫的電極電位更負(fù)的CB電位和比氧電極電位更正的VB電位，并且該半導(dǎo)體材料需滿足其帶隙在大于1.23eV的前提下，還要盡可能地窄，這樣才能保證最大限度的利用可見光的能量[28]。圖1.2給出了部分半導(dǎo)體材料CB和VB的相對(duì)位置以及與水分解的氧化還原電位之間的關(guān)系，其中CdSe、CdS、Ta3N5、TaON、C3N4等，具有相對(duì)合適的能帶位置，可應(yīng)用于光解水反應(yīng)，而硫化鎘（CdS）是在光催化產(chǎn)氫應(yīng)用領(lǐng)域較為突出的半導(dǎo)體之一[29,30]。圖1.2部分可見光光催化劑的價(jià)帶導(dǎo)帶位置及與水分解的氧化還原電位Fig.1.2Bandpositionsofsomevisible-lightphotocatalystsandtheredoxpotentialsofwatersplittingatpH=7inaqueoussolution1.3硫化鎘半導(dǎo)體光催化劑1.3.1硫化鎘半導(dǎo)體簡(jiǎn)介作為具有2.4eV較窄帶隙的一種半導(dǎo)體光催化劑，硫化鎘在可見光區(qū)域內(nèi)顯示出優(yōu)異的光化學(xué)特性，近年來廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，例如光催化產(chǎn)氫，二氧化碳還原和有機(jī)污染物降解等[31-33]。一方面，CdS對(duì)于波長(zhǎng)小于516nm的可見光具有良好的吸收性能。另一方面，它擁有良好的載流子傳輸能力，可以使光生電子和空穴及時(shí)有效地移動(dòng)，從而延長(zhǎng)了光生載流子的壽命[14,34]。一般來說，CdS有兩種主要的結(jié)構(gòu)，一種是六方晶相的纖鋅礦，另一種是立方晶相的閃鋅礦，它們的結(jié)構(gòu)如圖1.3所示[35,36]。然而，與載流子向受體分子的遷移相競(jìng)爭(zhēng)，光生電子-空穴對(duì)可以在很短的時(shí)間內(nèi)在CdS表面重新結(jié)合，這是一種能量浪費(fèi)，不利于光解水反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致單純的CdS具有較差的光催化產(chǎn)氫活性[37,38]。因此，如何有效抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合成為提升CdS半導(dǎo)體光解水制氫活性的關(guān)鍵[39,40]。

鎢酸鈷氮化修飾硫化鎘納米復(fù)合材料的光解水產(chǎn)氫性能-4-圖1.3硫化鎘的兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)（a）纖鋅礦，（b）閃鋅礦Fig.1.3Differentcrystalstructuresof(a)wurtziteand(b)zincblendeCdS.LargeredspheresrepresentCd,andsmallgreenspheresrepresentS1.3.2提升硫化鎘光催化分解水產(chǎn)氫活性的方式(1)構(gòu)筑硫化鎘基固溶體通過固相反應(yīng)構(gòu)筑固溶體的方法能夠充分利用其不同組分的優(yōu)勢(shì)，而且，通過控制成分的化學(xué)計(jì)量比，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可見光的吸收和氧化還原電位之間的最佳平衡有很大幫助[41,42]。構(gòu)筑Zn-Cd-S三元固溶體被認(rèn)為是一種能夠有效提升CdS光催化產(chǎn)氫活性的方法，因?yàn)閆nS具有與CdS相同的配位方式[43]，并且通過改變ZnS和CdS的摩爾比，可以靈活地調(diào)節(jié)Zn-Cd-S固溶體的帶隙和能帶邊緣位置[44]。因此，Zn-Cd-S固溶體的發(fā)展具有重要意義。圖1.4不同Zn1-xCdxS材料的（a）紫外可見吸收光譜，（b）光催化活性Fig.1.4(a)UV-visibleabsorptionspectraand(b)PhotocatalyticactivitiesofdifferentZn1-xCdxSphotocatalystsYu等人[45]以Zn(Ac)2，Cd(Ac)2和硫脲為前驅(qū)體，通過簡(jiǎn)便的熱解法合成了Zn1-xCdxS固溶體。如圖1.4a所示，合成的不同比例的Zn1-xCdxS樣品隨著Cd含量的增加，其吸

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]CdS基復(fù)合納米材料的制備及其光電催化應(yīng)用[D]. 魏仁斌.廣州大學(xué) 2018
[2]硫化鎘基復(fù)合納米材料的制備及其光催化產(chǎn)氫性能研究[D]. 李雪.東北師范大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3240251