钨酸钴氮化修饰硫化镉纳米复合材料的光解水产氢性能
发布时间：2021-06-21 07:21
化石燃料燃烧引发的能源危机和环境污染已成为世界各国面临的两大重要挑战,因此,人们亟待开发可再生且无污染的新能源。氢气（H2）是一种绝对清洁的可再生能源,由于具有很高的燃烧焓被认为是化石燃料的理想替代者之一,而半导体光解水技术是能够将太阳能转换为氢能的一种有效方式。CdS作为一种典型的半导体材料,由于具有2.4e V的合适带隙被广泛应用于光催化制氢领域,然而单纯CdS的光生电子-空穴复合速率快使得其产氢活性较低,因此如何有效抑制它们的复合成为提高CdS光解水制氢活性的关键。本论文通过负载其他半导体或助催化剂对CdS进行适当的改性从而提高CdS的光催化产氢活性。主要研究内容如下:1.原位合成CoWO4/CdS纳米复合光催化剂并用于光解水产氢。实验表明,空白的CoWO4纳米粒子在可见光照射下是可以产氢的,最佳比例CoWO4-0.5-CdS复合材料的光催化产氢速率达到1224mmol·g-1·h-1,分别是空白CdS和CoWO4的35倍和15倍。CoWO4与CdS间形成的p-n异质结能...
【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化分解水的原理示意图
辽宁师范大学硕士学位论文-3-究。而这样的半导体需要具有比氢的电极电位更负的CB电位和比氧电极电位更正的VB电位，并且该半导体材料需满足其带隙在大于1.23eV的前提下，还要尽可能地窄，这样才能保证最大限度的利用可见光的能量[28]。图1.2给出了部分半导体材料CB和VB的相对位置以及与水分解的氧化还原电位之间的关系，其中CdSe、CdS、Ta3N5、TaON、C3N4等，具有相对合适的能带位置，可应用于光解水反应，而硫化镉（CdS）是在光催化产氢应用领域较为突出的半导体之一[29,30]。图1.2部分可见光光催化剂的价带导带位置及与水分解的氧化还原电位Fig.1.2Bandpositionsofsomevisible-lightphotocatalystsandtheredoxpotentialsofwatersplittingatpH=7inaqueoussolution1.3硫化镉半导体光催化剂1.3.1硫化镉半导体简介作为具有2.4eV较窄带隙的一种半导体光催化剂，硫化镉在可见光区域内显示出优异的光化学特性，近年来广泛应用于光催化领域，例如光催化产氢，二氧化碳还原和有机污染物降解等[31-33]。一方面，CdS对于波长小于516nm的可见光具有良好的吸收性能。另一方面，它拥有良好的载流子传输能力，可以使光生电子和空穴及时有效地移动，从而延长了光生载流子的寿命[14,34]。一般来说，CdS有两种主要的结构，一种是六方晶相的纤锌矿，另一种是立方晶相的闪锌矿，它们的结构如图1.3所示[35,36]。然而，与载流子向受体分子的迁移相竞争，光生电子-空穴对可以在很短的时间内在CdS表面重新结合，这是一种能量浪费，不利于光解水反应，进而导致单纯的CdS具有较差的光催化产氢活性[37,38]。因此，如何有效抑制光生电子-空穴对的复合成为提升CdS半导体光解水制氢活性的关键[39,40]。
钨酸钴氮化修饰硫化镉纳米复合材料的光解水产氢性能-4-图1.3硫化镉的两种不同的晶体结构（a）纤锌矿，（b）闪锌矿Fig.1.3Differentcrystalstructuresof(a)wurtziteand(b)zincblendeCdS.LargeredspheresrepresentCd,andsmallgreenspheresrepresentS1.3.2提升硫化镉光催化分解水产氢活性的方式(1)构筑硫化镉基固溶体通过固相反应构筑固溶体的方法能够充分利用其不同组分的优势，而且，通过控制成分的化学计量比，对于实现可见光的吸收和氧化还原电位之间的最佳平衡有很大帮助[41,42]。构筑Zn-Cd-S三元固溶体被认为是一种能够有效提升CdS光催化产氢活性的方法，因为ZnS具有与CdS相同的配位方式[43]，并且通过改变ZnS和CdS的摩尔比，可以灵活地调节Zn-Cd-S固溶体的带隙和能带边缘位置[44]。因此，Zn-Cd-S固溶体的发展具有重要意义。图1.4不同Zn1-xCdxS材料的（a）紫外可见吸收光谱，（b）光催化活性Fig.1.4(a)UV-visibleabsorptionspectraand(b)PhotocatalyticactivitiesofdifferentZn1-xCdxSphotocatalystsYu等人[45]以Zn(Ac)2，Cd(Ac)2和硫脲为前驱体，通过简便的热解法合成了Zn1-xCdxS固溶体。如图1.4a所示，合成的不同比例的Zn1-xCdxS样品随着Cd含量的增加，其吸
【参考文献】：
硕士论文
[1]CdS基复合纳米材料的制备及其光电催化应用[D]. 魏仁斌.广州大学 2018
[2]硫化镉基复合纳米材料的制备及其光催化产氢性能研究[D]. 李雪.东北师范大学 2018
本文编号：3240251
【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化分解水的原理示意图
辽宁师范大学硕士学位论文-3-究。而这样的半导体需要具有比氢的电极电位更负的CB电位和比氧电极电位更正的VB电位，并且该半导体材料需满足其带隙在大于1.23eV的前提下，还要尽可能地窄，这样才能保证最大限度的利用可见光的能量[28]。图1.2给出了部分半导体材料CB和VB的相对位置以及与水分解的氧化还原电位之间的关系，其中CdSe、CdS、Ta3N5、TaON、C3N4等，具有相对合适的能带位置，可应用于光解水反应，而硫化镉（CdS）是在光催化产氢应用领域较为突出的半导体之一[29,30]。图1.2部分可见光光催化剂的价带导带位置及与水分解的氧化还原电位Fig.1.2Bandpositionsofsomevisible-lightphotocatalystsandtheredoxpotentialsofwatersplittingatpH=7inaqueoussolution1.3硫化镉半导体光催化剂1.3.1硫化镉半导体简介作为具有2.4eV较窄带隙的一种半导体光催化剂，硫化镉在可见光区域内显示出优异的光化学特性，近年来广泛应用于光催化领域，例如光催化产氢，二氧化碳还原和有机污染物降解等[31-33]。一方面，CdS对于波长小于516nm的可见光具有良好的吸收性能。另一方面，它拥有良好的载流子传输能力，可以使光生电子和空穴及时有效地移动，从而延长了光生载流子的寿命[14,34]。一般来说，CdS有两种主要的结构，一种是六方晶相的纤锌矿，另一种是立方晶相的闪锌矿，它们的结构如图1.3所示[35,36]。然而，与载流子向受体分子的迁移相竞争，光生电子-空穴对可以在很短的时间内在CdS表面重新结合，这是一种能量浪费，不利于光解水反应，进而导致单纯的CdS具有较差的光催化产氢活性[37,38]。因此，如何有效抑制光生电子-空穴对的复合成为提升CdS半导体光解水制氢活性的关键[39,40]。
钨酸钴氮化修饰硫化镉纳米复合材料的光解水产氢性能-4-图1.3硫化镉的两种不同的晶体结构（a）纤锌矿，（b）闪锌矿Fig.1.3Differentcrystalstructuresof(a)wurtziteand(b)zincblendeCdS.LargeredspheresrepresentCd,andsmallgreenspheresrepresentS1.3.2提升硫化镉光催化分解水产氢活性的方式(1)构筑硫化镉基固溶体通过固相反应构筑固溶体的方法能够充分利用其不同组分的优势，而且，通过控制成分的化学计量比，对于实现可见光的吸收和氧化还原电位之间的最佳平衡有很大帮助[41,42]。构筑Zn-Cd-S三元固溶体被认为是一种能够有效提升CdS光催化产氢活性的方法，因为ZnS具有与CdS相同的配位方式[43]，并且通过改变ZnS和CdS的摩尔比，可以灵活地调节Zn-Cd-S固溶体的带隙和能带边缘位置[44]。因此，Zn-Cd-S固溶体的发展具有重要意义。图1.4不同Zn1-xCdxS材料的（a）紫外可见吸收光谱，（b）光催化活性Fig.1.4(a)UV-visibleabsorptionspectraand(b)PhotocatalyticactivitiesofdifferentZn1-xCdxSphotocatalystsYu等人[45]以Zn(Ac)2，Cd(Ac)2和硫脲为前驱体，通过简便的热解法合成了Zn1-xCdxS固溶体。如图1.4a所示，合成的不同比例的Zn1-xCdxS样品随着Cd含量的增加，其吸
【参考文献】：
硕士论文
[1]CdS基复合纳米材料的制备及其光电催化应用[D]. 魏仁斌.广州大学 2018
[2]硫化镉基复合纳米材料的制备及其光催化产氢性能研究[D]. 李雪.东北师范大学 2018
本文编号：3240251
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