隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和能源消耗的加劇,可再生能源的開發(fā)引起了人們廣泛的關(guān)注。太陽能是一種輻射能,不帶任何化學(xué)物質(zhì),是最潔凈,最可靠的能源,所以把太陽能轉(zhuǎn)化為便于利用的能源形式成為了科學(xué)研究的熱點(diǎn)。氫能被認(rèn)為是化石能源的替代物,在眾多的產(chǎn)氫方法中,光催化分解水產(chǎn)氫被認(rèn)為是最有前途的太陽能利用途徑之一。1972年,Fujishima和Honda報(bào)道了在TiO₂半導(dǎo)體上進(jìn)行的水分解反應(yīng)。從那時(shí)起,國(guó)內(nèi)外引起了光催化的熱潮。然而,以TiO₂為代表的傳統(tǒng)光催化劑禁帶寬度大,可見光利用率低。所以,開發(fā)窄帶隙光催化劑提高催化劑對(duì)可見光的響應(yīng)是未來光催化工作的重點(diǎn)。在過去50年的研究中,已經(jīng)發(fā)展了多種水解制氫的光催化體系。盡管有了很大的進(jìn)展,但是仍然存在一些挑戰(zhàn)性的問題,如量子效率低、穩(wěn)定性差以及材料昂貴等。ZnCdS作為一種新型的光催化劑,是ZnS和CdS的化合物。ZnS和CdS的組合,解決了CdS光腐蝕問題的同時(shí),也可以通過調(diào)節(jié)Zn和Cd的比例調(diào)節(jié)禁帶寬度,成功解決了ZnS和CdS作為光催化劑發(fā)展的主要問題。但是,光生電子-空穴的復(fù)合,量子產(chǎn)率低等缺點(diǎn)... 

【文章來源】：山東師范大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

常見半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)圖[7]

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文6金屬摻雜改變半導(dǎo)體帶隙值的報(bào)道有很多，很多半導(dǎo)體可以通過此種方法調(diào)整帶隙結(jié)構(gòu)。包括摻雜TiO2[31]，摻雜SrTiO3[32]，摻雜La2Ti2O7[33]和摻雜ZnS[34]。圖1-3描述了通過金屬離子摻雜改變半導(dǎo)體帶隙結(jié)構(gòu)的機(jī)理：施主能級(jí)位于半導(dǎo)體價(jià)帶的上方或者受主能級(jí)位于半導(dǎo)體導(dǎo)帶的下方，從而減少了半導(dǎo)體的禁帶寬度，增強(qiáng)其對(duì)可見光的響應(yīng)。圖1-3金屬離子摻雜改變帶隙的示意圖[35]早在1982年，Borgarello等就發(fā)現(xiàn)，雖然純TiO2不能對(duì)可見光響應(yīng)，但是摻雜Cr5+之后，其在可見光照射下就可以分解水產(chǎn)氫[36]。近年來，除了Cr5+以外，V，Ni，Cr，Mo，F(xiàn)e，Sn，Mn等金屬也被摻雜在TiO2半導(dǎo)體中調(diào)整其帶隙結(jié)構(gòu)。Cao等人將Sn4+摻雜到TiO2中，和純TiO2相比，無論在紫外光還是可見光照射下，摻雜Sn4+之后的TiO2光催化產(chǎn)氫活性都有了提高。這是因?yàn)镾n4+的摻雜能級(jí)比導(dǎo)帶電位低0.4eV，可以充當(dāng)受主能級(jí)，減小了禁帶寬度，提高了催化劑對(duì)可見光的利用率[37]。Klosek和Raftery等人則證明了V4+摻雜的TiO2能夠吸收可見光是因?yàn)閂4+作為給電子體，V3d的電子被激發(fā)到TiO2的導(dǎo)帶[38]。但是，在減小催化劑帶隙值的同時(shí)，金屬離子摻雜也帶來一些負(fù)面影響，這些金屬離子有可能會(huì)成為光生電子-空穴的復(fù)合中心，加速光生載流子的復(fù)合。Shen等人合成了一系列Cu摻雜的ZnIn2S4樣品，如圖1-4所示，和ZnIn2S4相比，其對(duì)可見光吸收范圍更大，光催化活性也更高，隨著Cu摻雜量的增加，催化劑活性也隨之提高，當(dāng)Cu的摻雜量增加至5wt%時(shí)，光催化活性達(dá)到最大值。當(dāng)Cu摻雜量超過5wt%時(shí)，其光催化活性下降，這可能是由于過量的Cu成為了光生電子-空穴的復(fù)合位點(diǎn)[39]。所以，在摻雜方法中，對(duì)摻雜劑的濃度有比較

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1-4摻雜ZnIn2S4光催化劑的紫外可見漫反射光譜（A）和光催化劑活性圖（B）[39]1.2.4.2非金屬離子摻雜非金屬離子摻雜是調(diào)整催化劑帶隙結(jié)構(gòu)的另一種有效方法，這種方法也被廣泛應(yīng)用。如圖1-5所示，不同于金屬離子摻雜，非金屬離子摻雜并不會(huì)引起新的施主能級(jí)的形成，而是由價(jià)帶頂升高引起禁帶寬度的減校圖1-5非金屬離子摻雜催化劑的能帶結(jié)構(gòu)圖[35]C，N，S等很多非金屬離子都用于摻雜半導(dǎo)體材料來改善其帶隙結(jié)構(gòu)。和純TiO2相比，非金屬離子摻雜的TiO2對(duì)可見光響應(yīng)能力增強(qiáng)，顯示出更好的光催化性能。目前，有很多方法都成功將N摻雜到TiO2中，包括物理/化學(xué)氣相沉積法，加熱氫氧化鈦和尿素，水熱溶劑法和在氨氣中處理TiO2粉末。Lin等通過兩種微乳液技術(shù)，成功將N摻雜到TiO2中，和純TiO2相比，其光催化產(chǎn)氫性能顯著提高[40]。S摻雜TiO2的光催化活性


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