CdS基复合纳米材料的制备及其光电催化应用

发布时间：2020-06-23 14:23

【摘要】：半导体光电催化制氢是一种将光能转换为化学能的新型绿色可持续的能源技术。作为一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,CdS因其理想的禁带宽度(2.4 eV)和合适的能带位置被视为一种令人满意的光催化剂。然而,CdS的光催化活性被自身快速复合的光生-电子空穴对和严重的光腐蚀所限制。因此,对CdS进行合理的改性从而有效提升其光催化活性已受到当前研究者的广泛关注。本论文通过加载合适的助催化剂以及复合其他半导体构筑异质结去研究CdS的光电催化性能。主要研究内容如下:(1)通过电沉积、化学浴沉积以及简单的还原反应制备了以ZnO纳米棒为模板的ZnO/CdS/Au纳米管阵列复合材料。Au纳米颗粒作为光敏剂可以提高光吸收效率,同时向CdS导带注入热电子有效增大复合材料的载流子密度。空心的ZnO纳米管阵列结构可以为CdS产生的光生电子提供快速转移的通道,减少光生电子-空穴对的复合。得益于Au纳米颗粒局域等离子共振效应和特殊纳米管阵列结构的协同作用,ZnO/CdS/Au纳米管复合材料表现出显著提升的光电化学性能。(2)通过电沉积、化学浴沉积以及溶剂热法制备了ZnO/CdS/BiOI纳米棒阵列复合材料。加载的BiOI可以与CdS形成p-n异质结,实现光生电子-空穴对的快速分离。同时,窄带隙的BiOI不仅可以拓宽复合纳米材料的光响应范围,而且能够提升光吸收能力。特别地,生长在CdS表面的BiOI以纳米片状相互交织衔接成网状,能够有效扩大复合纳米材料的反应面积,提供更多反应位点。因此,ZnO/CdS/BiOI显示出比ZnO/CdS复合纳米材料更为优异的光电化学性能。(3)通过简单的水热法与化学沉淀法成功制备了双助催化剂CdS基NiS/CDs/CdS复合光催化剂。复合光催化剂NiS/CDs/CdS表现出优异的光催化产氢活性,是单一CdS产氢速率的5.38倍。复合光催化剂中NiS和CDs之间积极的协同作用有利于光催化性能的提升。其中,碳点(CDs)的引入可以延缓光生电子-空穴对的复合并且增强光吸收;NiS与CdS形成的p-n异质结可以极大促进光生载流子的有效分离;加载的NiS薄膜可以作为氧化反应活性位点快速消耗掉CdS产生的光生空穴,从而进一步抑制光生电子-空穴对的复合。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1
【图文】：

图 1.1 半导体光催化分解水基本原理示意图gure 1.1 Schematic diagram of water splitting over semiconductor photocatalyst光电催化分解水基本原理化学（PEC）分解水的基本设备配置如图 1.2 所示，它由双电极（

图 1.2 光电化学分解水设备配置Figure 1.2 Device configuration of photoelectrochemical (PEC) water splittin导体光电催化活性的影响因素

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本文编号：2727457