金属硫化物的制备、表征及其在光催化固氮和有机光合成中的研究

发布时间：2021-08-09 07:14

　　本论文主要是制备出结构良好的金属硫化物光催化材料,然后进行光催化固氮和光催化氧化苯甲醇到苯甲醛并生成氢气的性能测试。最后基于一系列的表征,我们提出可能的光催化反应机理。论文的第一部分是以水为溶剂,以四水合硝酸镉、六水合硝酸锌、L-半胱氨酸为前驱物,通过简单水热方法合成Cd0.5Zn0.5S光催化剂。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描和透射电镜（SEM和TEM）、比表面积（BET）、紫外-可见漫反射仪（UV-Vis DRS）等各种表征手段检测所合成样品的组成和微观结构、组构以及光学性质,并以光催化N2还原成NH4+来评价合成样品的光催化性能。实验结果表明,当水热合成温度为200℃时,合成的Cd0.5Zn0.5S样品在光催化N2还原成NH4+的活性最好。当可见光（λ>420nm）照射2小时后,氨的产量可达2.93 mmol/L。用电化学工作站和电子顺磁共振波谱仪（EPR）等表征对光催化固氮的反应机理进行了推测。论文的第二部分是通过简单的水热方法制备出Zn3In2S6光催化剂,随后通过原位光沉积方法将金属单质Ni负载到Zn3In2S6纳米片上。实验结果表明,合... 

【文章来源】：淮北师范大学安徽省

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

常见半导体的禁带宽度及其导带和价带的能级位置图（PH=7）

第一章金属硫化物的制备、表征及其在光催化固氮和有机光合成中的研究3图2.半导体材料光催化反应机理图。Fig.2.Photocatalyticreactionmechanismofsemiconductormaterials.1.3影响光催化活性的因素1.3.1半导体晶相的影响最近很多研究发现光催化剂的晶相结构不同对光催化活性的影响很大，不同晶相的TiO2的锐钛矿和金红石两种晶型的材料光催化的活性特别地不同[41-45]，还有近来好多报道中提到不同晶相的CdS和g-C3N4等许多光催化材料晶型不同，对活性的影响较大，很多研究发现大多数催化剂具有不同晶相混合形成的晶相结的催化剂拥有最好的活性[46-48]。1.3.2晶面缺陷通过之前很多的研究我们发现催化剂表面的缺陷对光催化的反应是有利的，这是因为缺陷会成为光催化反应的活性位点，从而提高了反应的活性。但是也有部分光催化的反应提出缺陷使得催化剂晶型不完整因而促使晶格畸变。1.3.3催化剂晶粒尺寸的影响我们知道当可见光照射到催化剂表面，光激发产生了光生电子和空穴，电子-空穴对从半导体内部迁移到表面参与反应，半导体的粒径越大，迁移的时间也

第一章金属硫化物的制备、表征及其在光催化固氮和有机光合成中的研究5图3.CdS/g-C3N4半导体复合光催化反应分解水生成H2和O2的机理示意图。Fig.3.SchematicdiagramofthephotocatalyticreactionmechanismforphotolysiswaterintoH2andO2withCdS/g-C3N4semiconductorcomposite.贵金属沉积：贵金属沉积是将贵重金属原子沉积在半导体材料的表面，从而改变该半导体的性质。这是由于贵金属可以捕获光激发时半导体材料产生的电荷，加速半导体表面的电子-空穴对的分离效率。我们通常所使用的贵金属有Au、Pt和Ru等[49-54]，本文第二篇文章主要就是在半导体材料三元硫化物纳米片表面上负载非贵重金属Ni，研究负载Ni之后的光催化活性和材料的性能。光敏化：光敏化是指利用光敏剂可以更好的吸收太阳光，而且光敏剂可以很好地吸附在半导体材料上。因此我们通过这两个特性将光敏剂吸附在半导体上，半导体材料可以吸收可见光，因此光可以激发更多的参与反应的光生电子-空穴，吸附光敏剂之后的样品具有较高的产生活性中间体的量子效率，即光引发的效率高，从而光催化活性得到了提高。元素掺杂：元素掺杂指将元素通过使用一些物理或者化学的方法掺杂在半导体的晶体结构中，晶体中新加入的元素改变了原始半导体材料整体的电荷，从而影响了光催化反应进程的电子分离效率。已经报道过的有稀土元素掺杂（La、Sm和Ce等）和金属元素掺杂（Fe3+，Cr3+和Co2+等）[55-58]。1.5本课题的立题依据和研究任务1.5.1课题的立题依据众所周知，光催化技术所采用的的光源是取之不尽用之不竭的太阳光。与工业上的高温高压的苛刻条件相比，光催化反应是在较温和的条件下进行的，与之


本文编号：3331630