硫化镉基光催化剂在过硫体系下的原位合成及其产氢性能
发布时间：2021-06-17 17:53
CdS光催化材料由于其合适的禁带宽度、较强的导带还原电势被认为是最有研究价值和发展潜力的光催化材料之一。然而,纯相CdS材料在光催化过程中存在光生载流子分离效率低、界面催化反应速率慢和容易发生光腐蚀现象的缺点,严重制约了其大规模的实际应用。为了合成高效稳定的CdS基光催化材料,本论文分别从能带调控和助剂修饰方面对其进行了有益探索:（1）高效稳定CdxZn1-xS纳米晶光催化剂在过硫体系下的原位合成与性能研究;（2）同质异相CdS光催化剂在过硫体系下的原位合成及性能研究。具体研究结果如下:第一,利用常用牺牲剂Na2S-Na2SO3混合溶液（过硫体系）作为硫源,在室温下直接加入少量不同摩尔比的Cd2+/Zn2+金属离子溶液,一步原位合成了可悬浮CdxZn1-xS纳米晶光催化剂。结果表明:在此过硫体系下合成的可悬浮CdxZn1-xS纳米晶的晶粒大小为5 ...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化分解水热力学原理图[7]
武汉理工大学硕士学位论文2够将半导体光催化材料表面的活性物种还原或者氧化后转化成化学能，这种通过半导体材料利用光能驱动产生的反应称为光催化反应。H2O(l)H2(g)+1O2(g)ΔG0=+237.2KJmol-1ΔE0=1.23V(1-1)图1-1半导体光催化分解水热力学原理图[7]图1-2光催化反应动力学原理图[8]如图1-2所示，光催化反应动力学可以分为以下三个步骤。(1)光生载流子的产生：当入射光能量大于半导体的禁带宽度时，半导体材料受激发使得电子
武汉理工大学硕士学位论文3从价带跃迁至导带产生光生电子，相应地在价带位置产生光生空穴，形成光生载流子，即电子-空穴对；(2)光生载流子的转移：光生载流子产生后会受半导体中内建电场的作用而快速向材料表面迁移；(3)界面催化反应的发生：迁移至材料表面的光生载流子具有氧化或还原能力，其中光生电子会触发材料表面吸附物种的还原反应(例如将H+还原成H2)，而光生空穴则将某些物种氧化(例如将H2O氧化产生O2)。在此过程中，光生载流子的寿命很短，几乎在皮秒范围，在产生之后，可能会发生湮灭而使得光生载流子得不到有效利用。最常见光生载流子湮灭的方式是电子-空穴复合并以热能或者光辐射的方式发生能量损失。光生载流子的复合过程可以发生在材料的体相，也可能在材料表面发生。光生载流子复合过程的发生使得光催化能量转换效率大大降低，这在光催化反应中是一个不利因素。图1-3常见半导体光催化材料的价导带位置图[7]对于半导体光催化技术，光催化材料扮演着十分重要的角色，其性质往往决定着光催化反应效率。根据水分解热力学原理，要使光催化材料受激发产生的光生电子可以还原H+产生H2，半导体材料的导带位置应当比H+/H2还原电势更负，相应的价带位置应当比H2O/O2氧化电势更正才能使得光生空穴有足够的氧化能力氧化水产氧。但是在正常情况下，由于反应过电势及其他因素的影响，光催化材料的导带位置要求比水分解还原电极电势足够负才有可能实现光催化产氢反应发生(如图1-3)。另一方面，根据光催化反应动力学过程，半导体材料本身的性质影响光生载流子的迁移及复合程度，并且对后续光催化反应的界面催化过程也有很大的影响。因此，要通过光催化技术取得氢能源，发展高效稳定的光催化产氢材料至关重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分级结构CdS QDs/BiOCl复合光催化剂的制备及其对有机污染物的降解[J]. 潘金波,刘建军,马贺成,Usman Ali Khan,左胜利,于迎春,李保山. 无机化学学报. 2018(08)
[2]γ-Fe2O3纳米立方块修饰的Graphene/CdS复合光催化材料的合成及性能研究[J]. 吴佳佳,季振源,沈小平,缪绪立,徐克强. 化学学报. 2017(12)
[3]高效可见光响应Zn0.11Sn0.12Cd0.84S1.12/g-C3N4异质结光催化剂的制备及性能[J]. 张倩,胡绍争,李法云,范志平,王琼,王菲,李薇,刘道胜. 高等学校化学学报. 2016(03)
[4]硫化钠表面增强拉曼光谱及其在味精检测中的应用研究[J]. 贾宝申,哈斯乌力吉,林翔,杨芳,吕志伟. 光谱学与光谱分析. 2014(02)
[5]CdS形貌可控制备及其可见光分解水产氢性能[J]. 李曹龙,赵宇婷,曹菲,王飞,王越,袁坚,上官文峰. 无机化学学报. 2013(12)
[6]纳米硫化镉的合成及其电化学催化性能测试[J]. 李永红. 分子催化. 2005(06)
[7]掺银TiO2复合薄膜的制备和光催化性能的研究[J]. 余家国,赵修建. 稀有金属材料与工程. 2000(06)
本文编号：3235647
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化分解水热力学原理图[7]
武汉理工大学硕士学位论文2够将半导体光催化材料表面的活性物种还原或者氧化后转化成化学能，这种通过半导体材料利用光能驱动产生的反应称为光催化反应。H2O(l)H2(g)+1O2(g)ΔG0=+237.2KJmol-1ΔE0=1.23V(1-1)图1-1半导体光催化分解水热力学原理图[7]图1-2光催化反应动力学原理图[8]如图1-2所示，光催化反应动力学可以分为以下三个步骤。(1)光生载流子的产生：当入射光能量大于半导体的禁带宽度时，半导体材料受激发使得电子
武汉理工大学硕士学位论文3从价带跃迁至导带产生光生电子，相应地在价带位置产生光生空穴，形成光生载流子，即电子-空穴对；(2)光生载流子的转移：光生载流子产生后会受半导体中内建电场的作用而快速向材料表面迁移；(3)界面催化反应的发生：迁移至材料表面的光生载流子具有氧化或还原能力，其中光生电子会触发材料表面吸附物种的还原反应(例如将H+还原成H2)，而光生空穴则将某些物种氧化(例如将H2O氧化产生O2)。在此过程中，光生载流子的寿命很短，几乎在皮秒范围，在产生之后，可能会发生湮灭而使得光生载流子得不到有效利用。最常见光生载流子湮灭的方式是电子-空穴复合并以热能或者光辐射的方式发生能量损失。光生载流子的复合过程可以发生在材料的体相，也可能在材料表面发生。光生载流子复合过程的发生使得光催化能量转换效率大大降低，这在光催化反应中是一个不利因素。图1-3常见半导体光催化材料的价导带位置图[7]对于半导体光催化技术，光催化材料扮演着十分重要的角色，其性质往往决定着光催化反应效率。根据水分解热力学原理，要使光催化材料受激发产生的光生电子可以还原H+产生H2，半导体材料的导带位置应当比H+/H2还原电势更负，相应的价带位置应当比H2O/O2氧化电势更正才能使得光生空穴有足够的氧化能力氧化水产氧。但是在正常情况下，由于反应过电势及其他因素的影响，光催化材料的导带位置要求比水分解还原电极电势足够负才有可能实现光催化产氢反应发生(如图1-3)。另一方面，根据光催化反应动力学过程，半导体材料本身的性质影响光生载流子的迁移及复合程度，并且对后续光催化反应的界面催化过程也有很大的影响。因此，要通过光催化技术取得氢能源，发展高效稳定的光催化产氢材料至关重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分级结构CdS QDs/BiOCl复合光催化剂的制备及其对有机污染物的降解[J]. 潘金波,刘建军,马贺成,Usman Ali Khan,左胜利,于迎春,李保山. 无机化学学报. 2018(08)
[2]γ-Fe2O3纳米立方块修饰的Graphene/CdS复合光催化材料的合成及性能研究[J]. 吴佳佳,季振源,沈小平,缪绪立,徐克强. 化学学报. 2017(12)
[3]高效可见光响应Zn0.11Sn0.12Cd0.84S1.12/g-C3N4异质结光催化剂的制备及性能[J]. 张倩,胡绍争,李法云,范志平,王琼,王菲,李薇,刘道胜. 高等学校化学学报. 2016(03)
[4]硫化钠表面增强拉曼光谱及其在味精检测中的应用研究[J]. 贾宝申,哈斯乌力吉,林翔,杨芳,吕志伟. 光谱学与光谱分析. 2014(02)
[5]CdS形貌可控制备及其可见光分解水产氢性能[J]. 李曹龙,赵宇婷,曹菲,王飞,王越,袁坚,上官文峰. 无机化学学报. 2013(12)
[6]纳米硫化镉的合成及其电化学催化性能测试[J]. 李永红. 分子催化. 2005(06)
[7]掺银TiO2复合薄膜的制备和光催化性能的研究[J]. 余家国,赵修建. 稀有金属材料与工程. 2000(06)
本文编号：3235647
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