ZnS基光催化剂的制备及其可见光催化分解水制氢性能
发布时间：2021-08-19 10:59
开发清洁可再生能源具有重大理论意义和战略意义。氢能具有清洁高效的优点,是最理想的绿色能源。光催化分解水制氢技术具有操作简单和环境友好的特点,被公认为未来替代能源中最有应用前景的技术。光催化分解水制氢的核心是高活性和长寿命光催化剂的研制。ZnS是一种直接带隙半导体材料,具有良好的化学稳定性和热稳定性,无毒环保,在光催化领域被广泛研究。为了提高ZnS对太阳光的利用率,降低光生载流子的复合率,增强光催化活性,本文制备了一系列ZnS基复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis、PL、光电流和交流阻抗等手段对催化剂的晶型、形貌、组成和光学性质进行了分析,考察了其在可见光照射下的产氢活性,并探究了产氢作用机理。（1）通过机械研磨法首次制备了Cu3P/ZnS复合光催化剂,考察了其在可见光照射下的产氢性能,探讨了Cu3P与ZnS质量比对催化性能的影响。结果表明,当Cu3P与ZnS质量比为1%时,催性剂性能最优,产氢速率是纯ZnS的6倍。Cu3P和ZnS之间形成了p-n异质结,有效的提升了光生电子...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化剂分解水示意图[28]
华南理工大学硕士学位论文4原子键的相对手性来体现，也可以从它们的二面构象来区别。闪锌矿ZnS的锌离子被硫离子以四面体的四个顶角的方式包围着，可以看作是硫离子按ABCABC……排列的立方密堆积中，硫离子所构成的四面体中间的空隙里有一半填充锌离子。纤锌矿ZnS硫离子按ABAB……六方密堆积，锌离子占据其中一半的四面体间隙。闪锌矿与纤锌矿结构的差别在于密堆积的层次。闪锌矿结构的晶格参数为a=b=c=0.541nm，Z=4，纤锌矿结构的晶格参数为a=b=0.382nm，c=0.626nm，Z=2[30]。图1-2（a和b）闪锌矿（左）和纤锌矿（右）的原子键合结构模型，（c和d）重叠的和交错二面角构型模型，（e和f）沿紧密堆积轴的原子排列模型[29]Figure1-2(aandb)Showhandednessofthefourthinteratomicbondalongtheright(R)forwurtziteandalongtheleft(L)forzincblende.(candd)Therespectiveeclipsedandstaggereddihedralconformations.(eandf)Showatomicarrangementalongtheclosepackingaxis[29]1.3.2ZnS的合成为了更好的理解ZnS的结构及其可控特性，研究人员采用了许多方法来探究ZnS的形成，制备的ZnS具有棒状、球状、花状等各种形貌。目前ZnS的合成方法主要分为固相法、液相法和气相法三种。
第一章绪论15-空穴的复合过程被抑制，导致了ZnS/g-C3N4复合材料活性增强。图1-3可见光照射下ZnS/g-C3N4纳米复合光催化剂的电子-空穴对分离和可能的反应机理图[79]Figure1-3Schematicdiagramofelectron–holepairsseparationandthepossiblereactionmechanismoverZnS/g-C3N4nanocompositephotocatalystundervisiblelightirradiation[79]1.4.4表面缺陷表面缺陷是改善光催化剂材料光吸收的另一种策略。表面缺陷可以作为吸附活性位点，电子电荷转移到被吸附物上可以抑制光生电子和空穴的复合[80]。而空位缺陷会影响晶体材料的几何结构和电子结构[80,81]。Wang等[82]采用水热法，以Zn和S粉为原料，在浓NaOH溶液中加入NaBH4作为还原剂，合成了具有可控的S空位的ZnS样品。NaBH4是一种强还原剂，可以还原Zn2+，由于电荷平衡会产生S空位。S空位在ZnS的带隙中产生缺陷能级，从而导致ZnS对可见光响应。通过改变NaBH4的量，可以很容易地控制S空位的浓度，而所制备的ZnS的可见光吸收能力随S空位浓度的增加而增加。在可见光照射下，随着NaBH4使用量的增加，ZnS样品的光催化分解水产氢速率显示出先增加后减小的趋势。这是由于S空位增强了可见光吸收从而导致光催化活性增强，而过量的S空位会充当光生载流子的复合中心致使活性降低。Hao等[83]采用简单的水热法，通过添加Na2S作为硫源，在ZnS结构中引入Zn空位。当原料中Zn/S的摩尔比从1:1降低到1:3，ZnS的导带位置从-0.5eV上移到-0.75eV，导带电位负移表明还原能力增强。ZnS样品的Zn空位在其带隙中产生了缺陷能级，使带隙变窄，导致其能吸收可见光。当原料中Zn/S的摩尔比从1:1.5降低到1:3，缺陷能级位置从1.61eV上升至1.03eV，表明引入
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型磷化铜/氮化碳p-n异质结光催化剂的太阳能产氢性能研究（英文）[J]. 秦知校,王朦胧,李锐,陈玉彬. Science China Materials. 2018(06)
[2]固溶体光催化材料的研究进展[J]. 荆涛,戴瑛. 物理化学学报. 2017(02)
[3]可见光条件下Hg掺杂ZnS光催化降解有毒有机污染物[J]. 詹东平,黄笛,王攀,蔡宽,顾彦. 应用化工. 2015(07)
[4]纳米硫化锌的生物还原-化学沉淀耦合制备及其性能表征[J]. 黄群,辛宝平,陈实,李是申,魏军. 无机化学学报. 2008(06)
[5]纳米硫化锌的制备与应用状况[J]. 李云峰,兰尧中. 湿法冶金. 2007(03)
[6]纳米硫化锌的制备及助燃性能[J]. 邵忠宝,牛盾,马国峰,陈雪冰,王冲冲. 材料研究学报. 2006(01)
[7]制氢技术现状及展望[J]. 刘少文,吴广义. 贵州化工. 2003(05)
[8]高分子凝胶法蓝色发光ZnS微晶的制备及形成机理[J]. 陈宗高,李冬梅,桑文斌,闵嘉华,王灵玲,徐慧超,陈建明,毛日华. 人工晶体学报. 2001(04)
硕士论文
[1]二甲醚水蒸气重整制氢高性能锌基催化剂研究[D]. 郭春南.华南理工大学 2019
[2]硫化锌基光催化剂的水热制备、改性及光催化性能研究[D]. 贺雅琼.哈尔滨工业大学 2016
[3]新型含磷复合光催化剂的制备及其可见光催化分解水制氢性能[D]. 石志盛.华南理工大学 2016
[4]纳米硫化锌材料的制备、改性及其光催化性能的研究[D]. 滕伟秀.燕山大学 2016
[5]CuS/ZnS纳米材料的调控合成及其光催化性能研究[D]. 肖亮.浙江理工大学 2014
[6]新型硫系固溶体光催化材料的制备及模拟太阳光催化制氢试验研究[D]. 曾艺哲.武汉理工大学 2011
[7]制氢技术的系统评价体系研究[D]. 牛娇.北京化工大学 2007
本文编号：3351281
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化剂分解水示意图[28]
华南理工大学硕士学位论文4原子键的相对手性来体现，也可以从它们的二面构象来区别。闪锌矿ZnS的锌离子被硫离子以四面体的四个顶角的方式包围着，可以看作是硫离子按ABCABC……排列的立方密堆积中，硫离子所构成的四面体中间的空隙里有一半填充锌离子。纤锌矿ZnS硫离子按ABAB……六方密堆积，锌离子占据其中一半的四面体间隙。闪锌矿与纤锌矿结构的差别在于密堆积的层次。闪锌矿结构的晶格参数为a=b=c=0.541nm，Z=4，纤锌矿结构的晶格参数为a=b=0.382nm，c=0.626nm，Z=2[30]。图1-2（a和b）闪锌矿（左）和纤锌矿（右）的原子键合结构模型，（c和d）重叠的和交错二面角构型模型，（e和f）沿紧密堆积轴的原子排列模型[29]Figure1-2(aandb)Showhandednessofthefourthinteratomicbondalongtheright(R)forwurtziteandalongtheleft(L)forzincblende.(candd)Therespectiveeclipsedandstaggereddihedralconformations.(eandf)Showatomicarrangementalongtheclosepackingaxis[29]1.3.2ZnS的合成为了更好的理解ZnS的结构及其可控特性，研究人员采用了许多方法来探究ZnS的形成，制备的ZnS具有棒状、球状、花状等各种形貌。目前ZnS的合成方法主要分为固相法、液相法和气相法三种。
第一章绪论15-空穴的复合过程被抑制，导致了ZnS/g-C3N4复合材料活性增强。图1-3可见光照射下ZnS/g-C3N4纳米复合光催化剂的电子-空穴对分离和可能的反应机理图[79]Figure1-3Schematicdiagramofelectron–holepairsseparationandthepossiblereactionmechanismoverZnS/g-C3N4nanocompositephotocatalystundervisiblelightirradiation[79]1.4.4表面缺陷表面缺陷是改善光催化剂材料光吸收的另一种策略。表面缺陷可以作为吸附活性位点，电子电荷转移到被吸附物上可以抑制光生电子和空穴的复合[80]。而空位缺陷会影响晶体材料的几何结构和电子结构[80,81]。Wang等[82]采用水热法，以Zn和S粉为原料，在浓NaOH溶液中加入NaBH4作为还原剂，合成了具有可控的S空位的ZnS样品。NaBH4是一种强还原剂，可以还原Zn2+，由于电荷平衡会产生S空位。S空位在ZnS的带隙中产生缺陷能级，从而导致ZnS对可见光响应。通过改变NaBH4的量，可以很容易地控制S空位的浓度，而所制备的ZnS的可见光吸收能力随S空位浓度的增加而增加。在可见光照射下，随着NaBH4使用量的增加，ZnS样品的光催化分解水产氢速率显示出先增加后减小的趋势。这是由于S空位增强了可见光吸收从而导致光催化活性增强，而过量的S空位会充当光生载流子的复合中心致使活性降低。Hao等[83]采用简单的水热法，通过添加Na2S作为硫源，在ZnS结构中引入Zn空位。当原料中Zn/S的摩尔比从1:1降低到1:3，ZnS的导带位置从-0.5eV上移到-0.75eV，导带电位负移表明还原能力增强。ZnS样品的Zn空位在其带隙中产生了缺陷能级，使带隙变窄，导致其能吸收可见光。当原料中Zn/S的摩尔比从1:1.5降低到1:3，缺陷能级位置从1.61eV上升至1.03eV，表明引入
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型磷化铜/氮化碳p-n异质结光催化剂的太阳能产氢性能研究（英文）[J]. 秦知校,王朦胧,李锐,陈玉彬. Science China Materials. 2018(06)
[2]固溶体光催化材料的研究进展[J]. 荆涛,戴瑛. 物理化学学报. 2017(02)
[3]可见光条件下Hg掺杂ZnS光催化降解有毒有机污染物[J]. 詹东平,黄笛,王攀,蔡宽,顾彦. 应用化工. 2015(07)
[4]纳米硫化锌的生物还原-化学沉淀耦合制备及其性能表征[J]. 黄群,辛宝平,陈实,李是申,魏军. 无机化学学报. 2008(06)
[5]纳米硫化锌的制备与应用状况[J]. 李云峰,兰尧中. 湿法冶金. 2007(03)
[6]纳米硫化锌的制备及助燃性能[J]. 邵忠宝,牛盾,马国峰,陈雪冰,王冲冲. 材料研究学报. 2006(01)
[7]制氢技术现状及展望[J]. 刘少文,吴广义. 贵州化工. 2003(05)
[8]高分子凝胶法蓝色发光ZnS微晶的制备及形成机理[J]. 陈宗高,李冬梅,桑文斌,闵嘉华,王灵玲,徐慧超,陈建明,毛日华. 人工晶体学报. 2001(04)
硕士论文
[1]二甲醚水蒸气重整制氢高性能锌基催化剂研究[D]. 郭春南.华南理工大学 2019
[2]硫化锌基光催化剂的水热制备、改性及光催化性能研究[D]. 贺雅琼.哈尔滨工业大学 2016
[3]新型含磷复合光催化剂的制备及其可见光催化分解水制氢性能[D]. 石志盛.华南理工大学 2016
[4]纳米硫化锌材料的制备、改性及其光催化性能的研究[D]. 滕伟秀.燕山大学 2016
[5]CuS/ZnS纳米材料的调控合成及其光催化性能研究[D]. 肖亮.浙江理工大学 2014
[6]新型硫系固溶体光催化材料的制备及模拟太阳光催化制氢试验研究[D]. 曾艺哲.武汉理工大学 2011
[7]制氢技术的系统评价体系研究[D]. 牛娇.北京化工大学 2007
本文编号：3351281
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