基于g-C 3 N 4 、CdSWO 3 异质结光催化剂的构筑及其光解水制氢性能研究

发布时间：2021-09-02 23:15

　　能源危机和环境污染情况日益严重,制备无污染、高清洁的H2能源,成为代替传统化石能源的可行性方案。介于此,本文主要研究基于CN和Cd S的复合型纳米半导体材料的制备,构建特殊的电荷传输路径,提高可见光驱动下分解水制H2的催化性能,同时探讨光催化剂的光学性能、电学性能以及光解水的反应机理。本文主要涉及三个研究内容:1、通过水热合成法用双金属磷化物（Co Mo P）纳米颗粒修饰CN纳米片,成功制备了纳米光催化剂Co Mo P/CN,在HER中表现出可喜的光催化活性,可见光照射5h后的H2产量达到646.4μmol,是纯CN的66.7倍之多。FTIR、XRD、FESEM和TEM的表征结果显示,复合催化剂具有良好的晶型和特有的官能团,UV-vis DR、瞬态荧光和电化学的测试结果显示,复合物催化剂具有更强的可见光吸收性能和电化学性能。附着在CN表面的纳米颗粒Co Mo P为HER过程提供了足够多的活性位点,使其电荷与空穴的分离效率、光生电子的转移效率得到极大提高,加速了在水中的还原反应速率并提升了H2产量。针对在EY敏化体系中高效的光催化析氢活性,提出了可能的电荷传输及HER机理。2、在Cd S... 

【文章来源】：北方民族大学宁夏回族自治区

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

可见光照射下半导体TiO2光催化分解水制氢和制氧

的主要组成部分，含量极多，物理化学性质稳定。通过温高压、电解等条件，较难实现且耗能巨大，因此光催一。光催化技术是在可见光照射下，合成或分解有机、[17]。包括两个部分，即分解水制 H2和制 O2，此过程是能量体的能带理论。当具有光敏特性的半导体获取的能量带宽度，即照射的光子能量高于电子跃迁所需要的能为激发态并跃迁至 CB 上，此时空穴（h+）留在 VB 上用于内部可分离产生的 e-和 h+，并使 e-迁移到催化剂表氧化性能，从而吸附溶液中牺牲试剂的 e-或氧化溶液中有还原性能的光生电子吸收水中的质子（H+），发生水反应得以完成。图 1.2 为光解水的过程示意图[19]：

1.2 几种半导体材料的性能和应用1.2.1 类石墨相氮化碳（g-C3N4）在二维半导体材料 CN 出现之前，多数光催化剂只活跃在紫外光区域，且性能适中，而 CN可以吸收小于 475nm 的蓝紫光，引发了极大的关注。自从 20 世纪 90 年代末，有学者从理论上证实并确认的 CN 包括α-C3N4，β-C3N4，c-C3N4，p-C3N4和 g-C3N4(类石墨相) 等 5 种类型，且推算出它的晶体结构之后，CN 的诸多优越性能和应用被许多科研工作者陆续发掘出来[45, 46]。其中g-C3N4有两种结构，一种是以三嗪环的基本结构单元组成如图 1.3（A），另一种由 3-s-三嗪环为基本结构单元组成如图 1.3（B），两种类型的 CN 纳米片层之间均通过范德华力结合[47]。以 3-s-三嗪为基本结构单元的类石墨相 CN 具有化学稳定性和热稳定性（高压反应釜在水溶液中超过170℃可分解），其禁带宽度约为 2.7eV[48]。在 2008 年就有学者证明，有机聚合物半导体 CN 作为非金属光催化剂，在可见光照射下能产生 H2从而实现能量转化[49]。此后，关于 CN 及其衍生物的光催化制 H2研究内容如雨后春笋般纷至沓来。CN 的结构如图 1.3 所示。


本文编号：3379918