Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点基光催化剂的尺寸选择性制备及制氢应用研究
发布时间：2021-09-11 15:45
由于日益增长的能源和环境危机,使用光催化工艺将太阳能转化为化学能近年来受到了广泛的关注。光催化水分解被认为是将太阳能转化为氢能最有前途的方法,高效且稳定的光催化剂是发展清洁能源的关键。其中Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点材料因其具有独特的量子限域效应、可调节的带隙、光吸收范围宽、活性位点多等性质,成为光催化领域研究的热点之一。高品质量子点制备仍依赖于油相高温热注射法。水相制备的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点材料不仅水溶性良好且制备方法绿色环保,然而规模化水相制备量子点存在尺寸不均匀等问题,且多元金属组分的相互作用会加剧量子点生长的不均匀性。因此以Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族硫化物量子点为研究对象,以解决水相制备量子点不均匀问题为目的,围绕高品质Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族Ag-In-Zn-S（AIZS）和Cu-In-Zn-S（CIZS）量子点光催化剂的制备,开展了尺寸选择分离制备及负载助催化剂,研究尺寸选择分离前后的结构性质及光催化活性,探索可行的替代制备路线。研究内容如下:（1）为解决水相合成量子点尺寸不均匀问题,水相合成Ag-In-Zn-S量子点。通过定量添加不良溶剂异丙醇使量子点团聚,离心将胶体量子点分步提取出来。分离后获得5个样品,分...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化分解水制氢机理[30]
江苏大学硕士论文5吸附性能差，载流子寿命短等不足。而纳米化达到极致的0D量子点尺寸较小具有大的比表面积且带隙可调，而且具有独特的量子限域效应、光吸收范围大等优势在光催化领域脱颖而出。可见光响应的AgIn5S8、Cu-In-Zn-S、Ag:Zn-In-S等量子点光催化剂具有良好的光催化活性[53-56]。因此，与其他光催化剂相比，Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点光催化剂成为了可见光响应催化剂最优秀的代表之一。1.2I-III-VI族量子点光催化剂1.2.1量子点简介量子点是零维的半导体纳米晶体或纳米微晶，通常由II-VI、III-V或IV-VI族元素组成，被定义为物理尺寸小于激子玻尔半径或德布罗意波长的粒子。量子点被称为新一代纳米级无机半导体晶体。从学术角度上来看，它们被定义为“包含可变数量电子的小晶体，占据了明确定义的离散量子态，并且具有介于本体和离散基本粒子之间的电子特性”。它具有与相应块状材料相同的原子排列，但是由于晶格在三维截断，表面上存在更多暴露原子[57]。量子点的尺寸范围通常在2-10nm之间。从结构上看，量子点是由一个被外壳覆盖的半导体核和一个可以改善在水中分散度的封端帽组成（图1.2）。由于电子空穴对（激子）被限制在纳米晶的晶界内，因此量子点具有独特的光学性质，包括可调光发射、宽吸收光谱和可调窄发射、吸收消光系数大、荧光量子产率高、抗光漂白效应、荧光间歇闪烁等。这些独特的性质使量子点在发光二极管、生物标记、光催化、荧光探针等应用中受到广泛关注[58-61]。图1.2量子点基本结构示意图[57]。Fig.1.2Schematicillustrationofbasicstructureofquantumdots[57].
江苏大学硕士论文7图1.3（a）在紫外激发下CuInS2/ZnS核/壳量子点的发射图。（b）CuInS2量子点的TEM图。插图：HRTEM图[63]。Fig.1.3(a)EmissionofCuInS2/ZnScore/shellquantumdotsunderUVexcitation.(b)TEMimageofCuInS2quantumdots.Inset:HRTEMimageofthesame[63].单源前驱体分解是大规模合成I-III-VI族量子点另一众所周知的策略。Castro等[73]首次证明，在高温下（200-300℃）对溶解在邻苯二甲酸二辛酯中的(PPh3)2CuIn(SEt)4和(PPh3)2CuIn(SePh)4进行热分解可生成CuInS2和CuInSe2量子点。但是，表面上缺乏稳定的配体会导致纳米粒子聚集，而这些粒子太大而无法证明量子限制效应。后来，同一小组在前体热解过程中使用链烷硫醇制备了稳定的纳米晶体胶体溶液。2006年，Tian等[74]首次采用这种策略在十二烷硫醇和油酸存在的情况下，利用[(PPh3)2Ag(μ-SCPhS)2In(SC(O)Ph)2]合成亚稳态的正交晶体AgInS2纳米晶体。并发现硫醇和脂肪酸稳定剂的比例是有关尺寸控制的重要参数，这使该小组能够合成尺寸在8-33nm之间的纳米晶体。Nairn等[75]的研究提供了一个使用单源前体合成CuInS2纳米颗粒的不寻常的例子，其中使用了一个汞弧光灯（200W/in）来激活量子点的生长。具体来说，将[(TOP)2CuIn(SR)4]溶解于一种非配位溶剂中，并经过至少4小时的辐照来分解试剂。与热分解法制得的量子点相比，光化学合成得到的量子点更小（约2nm），晶体颗粒更多，但为了改善量子点的光电性能，还需要对
【参考文献】：
期刊论文
[1]风能资源评估技术进展[J]. 朱蓉. 风能. 2018(08)
[2]Density gradient ultracentrifugation for colloidal nanostructures separation and investigation[J]. Pengsong Li,Anuj Kumar,Jun Ma,Yun Kuang,Liang Luo,Xiaoming Sun. Science Bulletin. 2018(10)
[3]二氧化钛基Z型光催化剂综述（英文）[J]. 戚克振,程蓓,余家国,Wingkei Ho. 催化学报. 2017(12)
[4]利用地球上丰富的炭黑和NiS2双助催化剂修饰提高CdS纳米片体系的可见光产氢活性（英文）[J]. 马松,徐兴民,谢君,李鑫. 催化学报. 2017(12)
[5]化石燃料与大气环境的污染[J]. 晓闻. 中国环境科学. 1994(05)
本文编号：3393274
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化分解水制氢机理[30]
江苏大学硕士论文5吸附性能差，载流子寿命短等不足。而纳米化达到极致的0D量子点尺寸较小具有大的比表面积且带隙可调，而且具有独特的量子限域效应、光吸收范围大等优势在光催化领域脱颖而出。可见光响应的AgIn5S8、Cu-In-Zn-S、Ag:Zn-In-S等量子点光催化剂具有良好的光催化活性[53-56]。因此，与其他光催化剂相比，Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点光催化剂成为了可见光响应催化剂最优秀的代表之一。1.2I-III-VI族量子点光催化剂1.2.1量子点简介量子点是零维的半导体纳米晶体或纳米微晶，通常由II-VI、III-V或IV-VI族元素组成，被定义为物理尺寸小于激子玻尔半径或德布罗意波长的粒子。量子点被称为新一代纳米级无机半导体晶体。从学术角度上来看，它们被定义为“包含可变数量电子的小晶体，占据了明确定义的离散量子态，并且具有介于本体和离散基本粒子之间的电子特性”。它具有与相应块状材料相同的原子排列，但是由于晶格在三维截断，表面上存在更多暴露原子[57]。量子点的尺寸范围通常在2-10nm之间。从结构上看，量子点是由一个被外壳覆盖的半导体核和一个可以改善在水中分散度的封端帽组成（图1.2）。由于电子空穴对（激子）被限制在纳米晶的晶界内，因此量子点具有独特的光学性质，包括可调光发射、宽吸收光谱和可调窄发射、吸收消光系数大、荧光量子产率高、抗光漂白效应、荧光间歇闪烁等。这些独特的性质使量子点在发光二极管、生物标记、光催化、荧光探针等应用中受到广泛关注[58-61]。图1.2量子点基本结构示意图[57]。Fig.1.2Schematicillustrationofbasicstructureofquantumdots[57].
江苏大学硕士论文7图1.3（a）在紫外激发下CuInS2/ZnS核/壳量子点的发射图。（b）CuInS2量子点的TEM图。插图：HRTEM图[63]。Fig.1.3(a)EmissionofCuInS2/ZnScore/shellquantumdotsunderUVexcitation.(b)TEMimageofCuInS2quantumdots.Inset:HRTEMimageofthesame[63].单源前驱体分解是大规模合成I-III-VI族量子点另一众所周知的策略。Castro等[73]首次证明，在高温下（200-300℃）对溶解在邻苯二甲酸二辛酯中的(PPh3)2CuIn(SEt)4和(PPh3)2CuIn(SePh)4进行热分解可生成CuInS2和CuInSe2量子点。但是，表面上缺乏稳定的配体会导致纳米粒子聚集，而这些粒子太大而无法证明量子限制效应。后来，同一小组在前体热解过程中使用链烷硫醇制备了稳定的纳米晶体胶体溶液。2006年，Tian等[74]首次采用这种策略在十二烷硫醇和油酸存在的情况下，利用[(PPh3)2Ag(μ-SCPhS)2In(SC(O)Ph)2]合成亚稳态的正交晶体AgInS2纳米晶体。并发现硫醇和脂肪酸稳定剂的比例是有关尺寸控制的重要参数，这使该小组能够合成尺寸在8-33nm之间的纳米晶体。Nairn等[75]的研究提供了一个使用单源前体合成CuInS2纳米颗粒的不寻常的例子，其中使用了一个汞弧光灯（200W/in）来激活量子点的生长。具体来说，将[(TOP)2CuIn(SR)4]溶解于一种非配位溶剂中，并经过至少4小时的辐照来分解试剂。与热分解法制得的量子点相比，光化学合成得到的量子点更小（约2nm），晶体颗粒更多，但为了改善量子点的光电性能，还需要对
【参考文献】：
期刊论文
[1]风能资源评估技术进展[J]. 朱蓉. 风能. 2018(08)
[2]Density gradient ultracentrifugation for colloidal nanostructures separation and investigation[J]. Pengsong Li,Anuj Kumar,Jun Ma,Yun Kuang,Liang Luo,Xiaoming Sun. Science Bulletin. 2018(10)
[3]二氧化钛基Z型光催化剂综述（英文）[J]. 戚克振,程蓓,余家国,Wingkei Ho. 催化学报. 2017(12)
[4]利用地球上丰富的炭黑和NiS2双助催化剂修饰提高CdS纳米片体系的可见光产氢活性（英文）[J]. 马松,徐兴民,谢君,李鑫. 催化学报. 2017(12)
[5]化石燃料与大气环境的污染[J]. 晓闻. 中国环境科学. 1994(05)
本文编号：3393274
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