一维ZnO或ZnS基复合光催化剂的制备及制氢性能研究

发布时间：2017-07-29 05:05

  本文关键词：一维ZnO或ZnS基复合光催化剂的制备及制氢性能研究

  更多相关文章： ZnO/ZnS-CuS纳米棒 ZnS/CuS纳米管 ZnO/CdS-In_2S_3纳米棒 光催化分解水制氢 界面电荷迁移

【摘要】：随着社会的进步和科技的发展,能源短缺和环境污染成为当今世界面临的严峻问题。氢气作为一种清洁能源受到了很大的追捧,现阶段制备氢气的方法很多,其中光解水制氢是最环保的,因为它只需要光、水和催化剂,即可实现氢气的产生。ZnO和ZnS在光激发下能快速产生电子-空穴对,且其导带位置均低于H+/H2还原电势,可以分解水产生氢气。然而,ZnO和ZnS的禁带宽度较大,只能吸收紫外光,大大限制了其实际应用,因此,对宽禁带半导体ZnO和ZnS进行修饰,使其具有可见光响应显得及其重要。本文通过ZnO纳米棒和ZnS纳米管与其他半导体(CuS、CdS、In_2S_3)复合得到复合光催化剂,对产品进行了SEM、TEM、XRD、XPS、PL和UV-vis DRS等相关表征。本文制备的复合催化剂在可见光照射且不添加任何贵金属助催化剂的情况下,在Na2S和Na2SO3混合溶液中表现出良好的光催化制氢性能。全文主要包括以下三方面的研究内容:1、经过低温生长、硫化反应和阳离子交换反应制备ZnO/ZnS-CuS核壳结构纳米棒。在可见光(λ400 nm)照射下,ZnO/ZnS-CuS复合物在0.35 M Na2S和0.25 M Na2SO3的混合水溶液中,在没有任何贵金属助催化剂存在下,表现出很强的催化制氢活性。实验发现CuS的含量显著影响催化剂的光吸收范围和光催化性能。当CuS含量为2 mol%时,产氢速率最高,达52.75μmol·h-1,比相应的ZnO/ZnS提高近50倍。我们推测ZnO/ZnS-CuS核壳纳米棒良好的光催化性能可能源于光吸收的增强、有效的电荷分离和ZnS-CuS的异质结构引起的界面电荷迁移。2、通过模板法制备ZnS纳米管,再通过阳离子交换反应制备ZnS/CuS复合纳米管。考察了在可见光(λ420 nm)照射下,在不加任何助催化剂的情况下,ZnS/CuS纳米管在Na2S和Na2SO3水溶液中的催化制氢性能。当CuS与ZnS摩尔比为2.27%时,光催化制氢性能最好,产氢速率为56.47μmol·h-1,比ZnS纳米管提高了85倍以上。光催化性能的大幅提高可能是由于较大的比表面积提供更多的活性位点和ZnS/CuS异质结构引起的界面电荷迁移。3、通过对ZnO纳米棒的表面官能化得到ZnO/CdS异质纳米棒,再与In(NO_3)_3溶液进行离子交换反应,得到ZnO/CdS-In_2S_3异质结构纳米棒。发现In_2S_3能显著提高光催化制氢性能和有效抑制CdS的光腐蚀。当In_2S_3的含量为0.05 mol%时,产氢速率达到78.41μmol·h-1,比相应的ZnO/CdS异质纳米棒提高1倍。循环实验显示ZnO/CdS-In_2S_3异质结构纳米棒具有很好的光稳定性。我们初步推测ZnO/CdS-In_2S_3异质纳米棒优异的光催化制氢性能可能源于无p-n结异质结构的形成和光腐蚀现象的有效抑制。
【关键词】：ZnO/ZnS-CuS纳米棒 ZnS/CuS纳米管 ZnO/CdS-In_2S_3纳米棒 光催化分解水制氢 界面电荷迁移
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-41
• 1.1 引言11-12
• 1.2 半导体光催化简介12-15
• 1.2.1 半导体光催化反应机理12-14
• 1.2.2 光催化技术的局限性14-15
• 1.3 新型可见光响应光催化剂的研究进展15-24
• 1.3.1 负载助催化剂15-17
• 1.3.2 固溶体光催化剂17-18
• 1.3.3 离子掺杂光催化剂18-20
• 1.3.4 Z-型光催化剂20-21
• 1.3.5 复合半导体异质结构光催化剂21-23
• 1.3.6 金属有机配合物半导体光催化剂23-24
• 1.4 一维结构光催化剂的研究概况24-27
• 1.4.1 ZnO纳米棒24-25
• 1.4.2 ZnS纳米管25-26
• 1.4.3 ZnO、ZnS改性研究26-27
• 1.5 立题依据及本论文拟开展的工作27-29
• 参考文献29-41
• 第二章 ZnO/ZnS-CuS核壳结构纳米棒的制备及可见光催化性能研究41-56
• 2.1 引言41
• 2.2 实验部分41-45
• 2.2.1 主要化学试剂和实验仪器41-43
• 2.2.2 ZnO/ZnS-CuS核壳结构纳米棒的制备43-44
• 2.2.3 表征44
• 2.2.4 光催化活性测试44-45
• 2.3 结果与讨论45-51
• 2.3.1 ZnO基纳米棒的结构表征45-47
• 2.3.2 光催化活性及稳定性研究47-49
• 2.3.3 光催化反应机理49-51
• 2.4 小结51-52
• 参考文献52-56
• 第三章 ZnS/CuS纳米管复合光催化剂的制备及可见光催化性能的研究56-70
• 3.1 引言56
• 3.2 实验部分56-58
• 3.2.1 主要化学试剂及实验仪器56-57
• 3.2.2 ZnS/CuS纳米管的制备57
• 3.2.3 表征57
• 3.2.4 光催化制氢活性测试57-58
• 3.3 结果与讨论58-65
• 3.3.1 ZnS纳米管与ZnS/CuS复合纳米管的表征58-61
• 3.3.2 光催化活性及稳定性研究61-63
• 3.3.3 光催化机理63-65
• 3.4 小结65-66
• 参考文献66-70
• 第四章 ZnO/CdS-In_2S_3异质纳米棒的制备及其可见光催化性能研究70-83
• 4.1 引言70-71
• 4.2 实验部分71-72
• 4.2.1 主要化学试剂及实验仪器71
• 4.2.2 ZnO/CdS-In_2S_3异质纳米棒的制备71-72
• 4.2.3 表征72
• 4.2.4 光催化制氢活性测试72
• 4.3 结果与讨论72-77
• 4.3.1 ZnO/CdS-In_2S_3异质结构纳米棒的表征72-74
• 4.3.2 光催化活性及稳定性研究74-76
• 4.3.3 光催化机理76-77
• 4.4 小结77-78
• 参考文献78-83
• 第五章 总结与展望83-85
• 硕士期间完成的论文85-86
• 致谢86

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4 徐W，

本文编号：587534