CdS基光催化剂的制备及其电子转移路径对产氢性能的研究
发布时间：2021-06-13 22:33
能源危机和环境污染是当今人类社会亟待解决的问题。光催化技术可以利用太阳光进行氧化还原反应,既可以还原质子产生氢气也能够氧化有机污染物使其降解。因此光催化技术是一项非常有潜力解决能源危机和环境污染的技术。目前制约光催化技术发展的关键在于催化剂的性能较差,寻找设计和制备高效稳定的光催化剂,并且深入了解光催化剂改性原理从而提高催化剂性能是重中之重。在影响光催化剂性能的因素中,光催化剂的光生载流子分离和转移的效率是影响光催化性能的重要因素。本文希望通过制备异质结结构和Z-scheme结构两类不同电子转移路径的光催化剂,揭示电子转移路径对于光催化剂性能的影响。从而为寻找设计新型高效的光催化剂提供解决路径。本文主要研究内容如下:（1）制备了异质结CdS/g-C3N4和金属诱导Z-scheme CdS/Ag/g-C3N4两种光催化剂,并在可见光下进行了光催化产氢实验。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、光致发光光谱（PL）、瞬态光电流和电化学阻抗谱（EIS）对其结构、...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１光催化产氢机理图【８］??Ｆｉｇ?１－１?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ??
广西大学?ＣｄＳ基光值化剂的制备及其电子转移路径对产氣性能的研究??图１－２所示。??Ｉ—１?ｃｍ??－１－?Ｔ?ＴＴ?ｔ?ＴＴ－??°?－?Ａ?？．？ｒ???ｔｉｊ－?ｑ?，Ｈ?／Ｈｚ??山?２．２?２．２?３．６?２．４?３．０?２．７?Ｕ??Ｚ?１?＂?５〇?３４?３２?３２?Ｗ?２：８?２．３?〇２／Ｈ２〇??ＣＯ?５－°?３４?３－２?３?２?３２?Ｃｕ２０?ＧａＰ?＿?ｙｊｊｊ??＞?２?＿?Ｖ７７７?＾??山?ＣｄＳＳｉＣｇ＿ｃ３Ｎ４??Ｗ／７?ａ?３?４??＾?ＺｎＳ?ｗ??３?？?ＪＬｗ?Ｗ７?ＷＦｅ２〇３??ＷＳｒＴｉＯｊ?Ｚｎ〇?Ｗ〇３??？?ＫＴａ０３?Ｔｉ〇２??４?？?Ｗ７??Ｚｒ０２??图１－２几种半导体的能带隙能和能带位置与水分裂氧化还原电势的关系。在ｐＨ为０时，??给出了导带和价带边的相对位置（ＮＨＥ）Ｍ??Ｆｉｇ?１－２?Ｂａｎｄ?ｇａｐ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｅｖｅｒａｌ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ｉｎ?ｒｅｌａｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｒｅｄｏｘ??ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ?ｏｆ?Ｗａｔｅｒ?Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?．?Ｔｈｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＢ?ａｎｄ?ＶＢ?ｅｄｇｅｓ?ａｒｅ?ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｔｏ?ｔｈｅ??ＮＨＥ?ａｔ?ｐＨ?０??可以看到中Ｗ〇３和Ｆｅ２〇３的能带间隙大于１．２３?ｅＶ，但是因为其导带位置不在０??Ｖ（Ｅ（Ｈ＋／Ｈ２））之上，所以他们不能用于光催化产氢。对于能带位置满足要求的半??导体材料而言也不是能带间隙越大越好
（１１１）、（２２０）和（３１１）晶面，说明很好的制备出立方相ＣｄＳ［７７］。ｇ－Ｃ３Ｎ４的两个衍射??峰分别位于１３．０°和２７．８°，两个衍射峰分别对应于（１００）和（００２）晶面，证明制备的??ｇ－Ｃ３Ｎ４有较好的结晶度［７８７９］。从图３．１中观察到ＣＣＮ１５?（ＣｄＳ／ｇ－Ｃ３Ｎ４１５ｗｔ％）具??有和ＣｄＳ?（ＪＣＴＤＳ?８０－００１９）相似的ＸＲＤ图谱，然而在２７．８°有一个小峰。这表明??ＣＣＮ１５材料中主要物质是ＣｄＳ，ｇ－Ｃ３Ｎ４和其复合并没有改变ＣｄＳ的晶型结构。??对于三元复合材料ＣＡ３ＣＮ１５?（ＣｄＳ／Ａｇ３?ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４１５?ｗｔ％），其ＸＲＤ图谱与??ＣＣＮ１５相似，但是并没有发现与Ａｇ相关的特征峰，这可能是由于Ａｇ在复合材??料中含量低、分散性高。在Ａ３ＣＮ?（Ａｇ３?ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４）中也没有观察到Ａｇ的特征??峰，可能也是这个原因。??Ｊ?００２??ｇ－Ｃ３Ｎｔ???Ａ３ＣＮ???ＣＡ３ＣＮＩ５???ＣＣＮ１５??—ＣｄＳ??－?＾?－．?????????ｉ?Ｕ１?２２０?３１１??．?｜?．?｜?．?｜?．?｜?．?｜?．?Ｉ?．??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２ｔｈｅｔａ／ｄｅｇｒｅｅ??图?３－１?不同样品的?ＸＲＤ?图谱（ＣｄＳ、ＣｄＳ／ｇ－Ｃ３Ｎ４ｌ５ｗｔ％、ＣｄＳ／Ａｇ３ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４１５ｗｔ％、??Ａｇ３ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４?和?ｇ－Ｃ３Ｎ４）??Ｆｉｇ?３－１?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓａｍｐｌｅｓ?（ＣｄＳ
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国能源现状分析及其发展策略[J]. 郑悦红,郭汉丁,吴思材,陈思敏. 城市. 2018(01)
[2]Metal nanoparticles induced photocatalysis[J]. Lequan Liu,Xinnan Zhang,Lufeng Yang,Liteng Ren,Defa Wang,Jinhua Ye. National Science Review. 2017(05)
[3]TiO2光催化反应机理及动力学研究进展[J]. 唐玉朝,胡春,王怡中. 化学进展. 2002(03)
硕士论文
[1]金属—半导体复合纳米材料：设计、构筑及其光解水应用研究[D]. 文鹏.苏州大学 2017
[2]多酸/半导体复合催化剂的制备及其光解水产氢的催化性能[D]. 胡一铭.东北师范大学 2013
本文编号：3228476
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１光催化产氢机理图【８］??Ｆｉｇ?１－１?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ??
广西大学?ＣｄＳ基光值化剂的制备及其电子转移路径对产氣性能的研究??图１－２所示。??Ｉ—１?ｃｍ??－１－?Ｔ?ＴＴ?ｔ?ＴＴ－??°?－?Ａ?？．？ｒ???ｔｉｊ－?ｑ?，Ｈ?／Ｈｚ??山?２．２?２．２?３．６?２．４?３．０?２．７?Ｕ??Ｚ?１?＂?５〇?３４?３２?３２?Ｗ?２：８?２．３?〇２／Ｈ２〇??ＣＯ?５－°?３４?３－２?３?２?３２?Ｃｕ２０?ＧａＰ?＿?ｙｊｊｊ??＞?２?＿?Ｖ７７７?＾??山?ＣｄＳＳｉＣｇ＿ｃ３Ｎ４??Ｗ／７?ａ?３?４??＾?ＺｎＳ?ｗ??３?？?ＪＬｗ?Ｗ７?ＷＦｅ２〇３??ＷＳｒＴｉＯｊ?Ｚｎ〇?Ｗ〇３??？?ＫＴａ０３?Ｔｉ〇２??４?？?Ｗ７??Ｚｒ０２??图１－２几种半导体的能带隙能和能带位置与水分裂氧化还原电势的关系。在ｐＨ为０时，??给出了导带和价带边的相对位置（ＮＨＥ）Ｍ??Ｆｉｇ?１－２?Ｂａｎｄ?ｇａｐ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｅｖｅｒａｌ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ｉｎ?ｒｅｌａｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｒｅｄｏｘ??ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ?ｏｆ?Ｗａｔｅｒ?Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?．?Ｔｈｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＢ?ａｎｄ?ＶＢ?ｅｄｇｅｓ?ａｒｅ?ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｔｏ?ｔｈｅ??ＮＨＥ?ａｔ?ｐＨ?０??可以看到中Ｗ〇３和Ｆｅ２〇３的能带间隙大于１．２３?ｅＶ，但是因为其导带位置不在０??Ｖ（Ｅ（Ｈ＋／Ｈ２））之上，所以他们不能用于光催化产氢。对于能带位置满足要求的半??导体材料而言也不是能带间隙越大越好
（１１１）、（２２０）和（３１１）晶面，说明很好的制备出立方相ＣｄＳ［７７］。ｇ－Ｃ３Ｎ４的两个衍射??峰分别位于１３．０°和２７．８°，两个衍射峰分别对应于（１００）和（００２）晶面，证明制备的??ｇ－Ｃ３Ｎ４有较好的结晶度［７８７９］。从图３．１中观察到ＣＣＮ１５?（ＣｄＳ／ｇ－Ｃ３Ｎ４１５ｗｔ％）具??有和ＣｄＳ?（ＪＣＴＤＳ?８０－００１９）相似的ＸＲＤ图谱，然而在２７．８°有一个小峰。这表明??ＣＣＮ１５材料中主要物质是ＣｄＳ，ｇ－Ｃ３Ｎ４和其复合并没有改变ＣｄＳ的晶型结构。??对于三元复合材料ＣＡ３ＣＮ１５?（ＣｄＳ／Ａｇ３?ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４１５?ｗｔ％），其ＸＲＤ图谱与??ＣＣＮ１５相似，但是并没有发现与Ａｇ相关的特征峰，这可能是由于Ａｇ在复合材??料中含量低、分散性高。在Ａ３ＣＮ?（Ａｇ３?ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４）中也没有观察到Ａｇ的特征??峰，可能也是这个原因。??Ｊ?００２??ｇ－Ｃ３Ｎｔ???Ａ３ＣＮ???ＣＡ３ＣＮＩ５???ＣＣＮ１５??—ＣｄＳ??－?＾?－．?????????ｉ?Ｕ１?２２０?３１１??．?｜?．?｜?．?｜?．?｜?．?｜?．?Ｉ?．??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２ｔｈｅｔａ／ｄｅｇｒｅｅ??图?３－１?不同样品的?ＸＲＤ?图谱（ＣｄＳ、ＣｄＳ／ｇ－Ｃ３Ｎ４ｌ５ｗｔ％、ＣｄＳ／Ａｇ３ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４１５ｗｔ％、??Ａｇ３ｗｔ％／ｇ－Ｃ３Ｎ４?和?ｇ－Ｃ３Ｎ４）??Ｆｉｇ?３－１?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓａｍｐｌｅｓ?（ＣｄＳ
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国能源现状分析及其发展策略[J]. 郑悦红,郭汉丁,吴思材,陈思敏. 城市. 2018(01)
[2]Metal nanoparticles induced photocatalysis[J]. Lequan Liu,Xinnan Zhang,Lufeng Yang,Liteng Ren,Defa Wang,Jinhua Ye. National Science Review. 2017(05)
[3]TiO2光催化反应机理及动力学研究进展[J]. 唐玉朝,胡春,王怡中. 化学进展. 2002(03)
硕士论文
[1]金属—半导体复合纳米材料：设计、构筑及其光解水应用研究[D]. 文鹏.苏州大学 2017
[2]多酸/半导体复合催化剂的制备及其光解水产氢的催化性能[D]. 胡一铭.东北师范大学 2013
本文编号：3228476
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