非贵金属磷化物对三元含铟硫化物的修饰及其光催化产氢性能研究
发布时间：2020-10-26 19:09
煤、石油、天然气等不可再生资源的消耗导致环境污染日益严重,开发和使用清洁的可再生能源迫在眉睫。利用太阳能光催化分解水制氢被认为是解决化石能源紧缺和环境污染问题的有效途径之一。光催化分解水制氢体系非常复杂,光催化剂和助催化剂的选择是影响催化剂光催化效率的两个关键因素。选择适当的光催化体系,提高光催化剂的光生载流子的分离效率可以有效提高催化剂的光催化活性和氢气产生速率。因此开发廉价高效的光催化体系已逐渐成为本领域的研究热点。本文首先结合光催化分解水制氢原理,简要介绍了光催化剂和其助催化剂的种类和作用,分析了几类重要的光催化剂和助催化剂的特点及作用机理。在研究部分,本文首先制备了稳定性较高的三元硫化物CaIn_2S_4,以具有类金属性的Ni_2P为助催化剂,制备了Ni_2P修饰的CaIn_2S_4复合物。研究结果表明,Ni_2P可以有效提高CaIn_2S_4的光催化产氢活性,当其负载量达10%时,复合物具有最佳的产氢活性,其活性甚至高于Pt修饰的CaIn_2S_4。表征结果显示,Ni_2P具有一定的类金属性,其对CaIn_2S_4的修饰可以形成类金属-半导体异质结。在光催化产氢过程中,由于Ni_2P的类金属性,促进了CaIn_2S_4表面光生电子的转移,同时Ni_2P良好的还原能力促进了光生电子的消耗,因此Ni_2P/CaIn_2S_4复合物的光催化产氢活性有了明显提升。催化剂的形貌、表面态等会直接影响到其在电催化产氢过程中的过电势。光催化与电催化过程类似,光催化过程中助催化剂的形貌、结构、表面态等也会影响到其光生载流子的分离与传输。因此,本文分别制备了具有不同形貌特征的Ni_2P纳米材料,研究了材料形貌特征对其在酸性电解液中的电催化分解水制氢性能的影响。结果显示,具有超薄片状结构的Ni_2P纳米材料表现出更高的催化活性,其具有良好的稳定性。基于以上研究,在论文的最后一部分,选择了具有超薄片状结构的Ni_2P为助催化剂,以同样具有超薄片结构的ZnIn_2S_4为光催化剂,实现了二维下Ni_2P/Zn In_2S_4复合物的制备,并研究了Ni_2P形貌对复合物光催化产氢活性的影响。结果表明,二维-二维Ni_2P/ZnIn_2S_4复合物相比于零维-二维的Ni_2P/Zn In_2S_4复合物具有更高的光生载流子分离效率和产氢效率。其中10%的二维-二维Ni_2P/ZnIn_2S_4复合光催化剂在420±20 nm下的量子效率高达7.7%。这主要是因为二维助催化剂的修饰可以有效增大光催化剂和助催化剂的电子传输面积,从而更为有效的提高了复合材料的光催化活性。
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.36;TQ116.2
【部分图文】：
图 1-1 光催化分解水作用原理[14]解水制氢过程中的光催化剂光催化分解水制氢半导体材料包括紫外光区和可谱的组成来看，可见光区达 50%以上，而紫外光率的可见光响应裂解水制氢催化剂具有实际应用点。研究表明可用于光解水制氢的材料种类很多：化剂的氧化物，它们具有合适的氧化-还原电位和较反应过程中具有良好的稳定性。但是此类光催化吸收和利用率低[16]。属离子掺杂可有效提高光催化产氢活性，比如：TiOu 共掺杂[19]，与纯 TiO2相比，对光的吸收范围明
第 1 章 绪 论。在催化剂表面负载助催化剂可以有效捕获光生的复合。同时，在光催化产氢催化剂表面复合助性位起到降低反应活化能或产氢过电势的作用。中助催化剂的作用原理和种类这两方面为重点，究现状进行综述。化剂是目前使用最广、催化活性较高的一类助催化剂[助催化剂主要包括单独贵金属、双贵金属、过渡金Au[47-48]、Ag[49]、Pd[50, 51]）的费米能级通常要低在半导体的表面时，贵金属助催化剂能够捕获光催化剂内，从而实现了光生电子空穴对的有效分[52]。
具有合金特征的核-壳或亚簇结构的双金属和协同效应。双金属助催化剂可以修饰主催化剂的电子和面已经较多的文献报道，比如 Au–Ag[58, 59]，Au–Pd[60-62]，Ad–Pt[67, 68]，Au-Ni[69]助催化剂等等。Ding[70]采用原位光还原选择性的沉积在 CaIn2S4的边缘位点形成等离子光催化剂 0.5 wt%Au–Pt/CaIn2S4催化剂具有最高的产氢效率。其高一方面 Au 的 SPR 峰和 CaIn2S4固有的吸收峰表面发生重产生更多的电子参加光催化还原反应；另一方面 Au 的置氧化性强，且 Au 和 Pt 功函之间存在的差别，导致 Au 的 CaIn2S4的光生电子更倾向于传递给 Pt，以 Pt 作为产氢活增强了金属之间的相互支撑，使得氢气从表面活性位点更流子的复合过程，并且促进电荷在 Au–Pt 和 CaIn2S4之间
【参考文献】
本文编号：2857404
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.36;TQ116.2
【部分图文】：
图 1-1 光催化分解水作用原理[14]解水制氢过程中的光催化剂光催化分解水制氢半导体材料包括紫外光区和可谱的组成来看，可见光区达 50%以上，而紫外光率的可见光响应裂解水制氢催化剂具有实际应用点。研究表明可用于光解水制氢的材料种类很多：化剂的氧化物，它们具有合适的氧化-还原电位和较反应过程中具有良好的稳定性。但是此类光催化吸收和利用率低[16]。属离子掺杂可有效提高光催化产氢活性，比如：TiOu 共掺杂[19]，与纯 TiO2相比，对光的吸收范围明
第 1 章 绪 论。在催化剂表面负载助催化剂可以有效捕获光生的复合。同时，在光催化产氢催化剂表面复合助性位起到降低反应活化能或产氢过电势的作用。中助催化剂的作用原理和种类这两方面为重点，究现状进行综述。化剂是目前使用最广、催化活性较高的一类助催化剂[助催化剂主要包括单独贵金属、双贵金属、过渡金Au[47-48]、Ag[49]、Pd[50, 51]）的费米能级通常要低在半导体的表面时，贵金属助催化剂能够捕获光催化剂内，从而实现了光生电子空穴对的有效分[52]。
具有合金特征的核-壳或亚簇结构的双金属和协同效应。双金属助催化剂可以修饰主催化剂的电子和面已经较多的文献报道，比如 Au–Ag[58, 59]，Au–Pd[60-62]，Ad–Pt[67, 68]，Au-Ni[69]助催化剂等等。Ding[70]采用原位光还原选择性的沉积在 CaIn2S4的边缘位点形成等离子光催化剂 0.5 wt%Au–Pt/CaIn2S4催化剂具有最高的产氢效率。其高一方面 Au 的 SPR 峰和 CaIn2S4固有的吸收峰表面发生重产生更多的电子参加光催化还原反应；另一方面 Au 的置氧化性强，且 Au 和 Pt 功函之间存在的差别，导致 Au 的 CaIn2S4的光生电子更倾向于传递给 Pt，以 Pt 作为产氢活增强了金属之间的相互支撑，使得氢气从表面活性位点更流子的复合过程，并且促进电荷在 Au–Pt 和 CaIn2S4之间
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 林培宾;杨俞;陈威;高寒阳;陈小平;袁坚;上官文峰;;NiS-PdS/CdS 光催化剂的水热法合成及其可见光分解水产氢性能[J];物理化学学报;2013年06期
2 楚婷婷;王慧;冯彩霞;毛立群;;可见光分解水制氢催化剂研究进展[J];化工进展;2012年10期
3 张晓杰;储国海;李树本;吕功煊;;以葡萄糖为电子给体光催化还原水制氢的研究[J];分子催化;2007年03期
相关博士学位论文 前1条
1 张立静;CdS基半导体光催化剂的光解水产氢活性和光生电荷特性的研究[D];吉林大学;2015年
本文编号：2857404
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/2857404.html
