CdS基光催化材料的制备及其光催化制氢性能的研究

发布时间：2020-08-08 20:29

【摘要】：随着经济和社会加速发展,工业化发展带来的大气、水资源和土壤污染日益严重,能源问题和环境问题己经演变为全球性问题。化石燃料和工业污染排放物影响着社会发展,现在我们开始关注清洁的、环境友好的可再生能源。光催化技术就是利用太阳光,广泛应用在能源生产和环境污染控制方面。当然氢能作为一种环境友好型能源,研究者已经开始关注和研究。本文通过形貌可控,负载和复合手段对CdS进行改性,分别制备出Au/CdS(L)、Au/CdS(G)、Ag_3PO_4/CdS复合光催化剂,对光不同材料进行各种表征,进行光解水制氢实验,得出如下结论:(1)采用水热法,L-天冬酰胺作为生物模板剂,合成了由纳米薄片堆积而成的空心微球多级结构,通过沉积沉淀法合成Au/CdS光催化材料。因为CdS特殊的空心球结构,增加了比表面积,提高了光的捕获效率;由于Au成功负载,减小了禁带宽度,作为电子受体和传递介质,可抑制电子和空穴的复合,从而提高了光催化性能。光催化实验表明:纯CdS产氢效率为0.856 mmolh~(-1)g~(-1),L-天冬酰胺修饰过得CdS产氢效率为4.995mmolh~(-1)g~(-1),其产氢量是纯物质的6倍。当Au负载量为1wt%时,产氢效率最高为64.173mmolh~(-1)g~(-1),是纯CdS的75倍,是CdS(L)的13倍。(2)用四水硝酸镉和硫脲为原料,以甘露醇作为一种生物模板剂,采用简单的水热法合成了由纳米颗粒堆积而成的分散均匀,大小均一的树枝状CdS结构。在实验中,Au/CdS是通过液相沉淀法合成的,可以减少禁带宽度,加上CdS特殊的结构,都增加了半导体的光催化活性。通过一些表征手段EDX、XPS能证实Au成功以单质形式被负载。研究表明,光催化活性与Au的负载量的增加并没有成线性关系。当Au负载量为1wt%时,产氢效率最高达到56.382 mmolh~(-1)g~(-1),是CdS(L)的6倍,是纯CdS的66倍,其催化活性达到最佳。(3)通过共沉淀法成功的将Ag_3PO_4与Cd S两种材料复合,形成Ag_3PO_4/CdS(L)微孔结构。Ag_3PO_4作为添加剂有效地提高了CdS的光催化性能,在Ag_3PO_4/CdS(L)含量摩尔比为0.7:3是时,活性最高,其产氢效率达到26.891 mmolh~(-1)g~(-1),是CdS的27倍,是CdS(L)的5.4倍;Ag_3PO_4/CdS(L)复合光催化剂活性提高的原因主要有两个:一方面是不同半导体复合促进了光生电子和空穴的分离,影响了光催化效率;另外一方面是复合材料的比表面积大,提供了更多的活性位点。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TQ116.2
【图文】：

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