金属硫化物基光催化材料的可控制备及其光催化性能的研究
发布时间：2021-11-28 16:26
目前,化石能源的短缺和环境质量的恶化是当今社会存在的两大主要问题,严重影响了人类的生存环境,大量的研究学者开始意识到可再生能源的开发迫在眉睫,光催化技术可以将丰富的太阳能转化为高效清洁的能源因此被广泛应用,然而光催化技术的核心是寻找合适的光催化剂,在众多的光催化剂中金属硫化物和石墨相氮化碳（g-C3N4）由于出众的性能已成为光催化领域中研究的焦点。g-C3N4制备简单来源丰富并且具有良好的热稳定性和化学稳定性,但是传统的粉体g-C3N4在实际应用中存在光生电子和空穴复合率高,光催化性能差和难回收等弊端,针对以上缺点,本研究首先引入静电纺丝碳化纤维（CNFs）作为载体解决难回收的问题,接着通过修饰不同的金属硫化物（Ag2S,Zn S）进行改性,加速接触界面电荷的转移实现了g-C3N4催化性能从有机物降解拓展到紫外-可见光解水产氢。金属硫化物如CdS因其具有合适的禁带宽度和较强的可见光吸收能力已...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化剂催化机理示意
第一章绪论3关系。图1-2(a)螺旋棒状g-C3N4；(b)介孔g-C3N4微球；(c)g-C3N4空心球;(d)鱼鳞状g-C3N4;(e)CdS纳米棒;(f)CdS纳米线；(g)海胆状CdS球；(h)CdS纳米花和(i)Ag2S纳米线.Figure1-2(a)g-C3N4spiralrods;(b)porousg-C3N4microspheres;(c)g-C3N4hollowspheres;(d)fish-scalestructuredg-C3N4nanosheet;(e)CdSnanorods;(f)CdSnanowires;(g)seaurchinCdSspheres;(h)CdSnanostructuredflowersand(i)Ag2Snanowires.1.2.2贵金属沉积目前，贵金属（Au,Pd,Pt,Ag等）作为助催化剂的优势在于其内部电子是自由电子，这代表不需要借助能量的激发电子就可以在自身内部发生转移。当贵金属修饰到催化剂表面后，由于贵金属较低的费米能级使得电子可以轻易的从半导体的导带沿着两者接触的界面转移到贵金属表面，不仅可以加速电子的转移有效抑制光生电子和空穴的复合，而且能够改善催化剂的能带结构直接影响催化剂的氧化还原反应，同时由于贵金属表面存在等离子共振效应可以实现提高光催化性能的目的[33-35]。Wang等[36]将Au纳米颗粒均匀的光沉积到多孔的g-C3N4球上利用该催化剂做光解水产氢实验发现引入AuNPs可以改善电子-空穴对的分离，拓宽可见光的响应范围，在可见光照射下其产氢活性是单纯多孔g-C3N4的5.34倍。同样有报道[37]证实沉积超量的贵金属会削弱光催化剂的催化活性，因为过量的贵金属颗粒会发生聚集形成大的金属颗粒，这不仅会减小催化剂的比表面积降低吸附性能，而且还可能充当光
内蒙古工业大学硕士学位论文4生电子和空穴的复合中心。由此可见，沉积适度的贵金属纳米粒子在光催化剂表面可以显著提高其光催化反应性能。1.2.3半导体、碳材料的复合近年来，通过耦合将能带匹配的两种半导体复合来调整导带和价带的位置，这不仅可以改变光生载流子的流向达到光生电子和空穴分离和转移的目的，而且还能拓宽可见光响应范围提升光催化能力，常见的半导体复合体系有g-C3N4/CdS[22],g-C3N4/MoS2[38],g-C3N4/TiO2[39]和BiOBr/MoS2[40]等。如图1-3所示，Liu等[22]将g-C3N4和CdS复合到一起形成典型的Ⅱ型异质结结构，其中CdS导带位置高于g-C3N4，而CdS价带位置比g-C3N4价带电位更负，在可见光照射下，光生电子会从g-C3N4导带转移到CdS导带并捕获溶液中溶解的O2产生O2-进而氧化溶液中的RhB，同时CdS价带上的空穴迁移到g-C3N4价带上进而氧化RhB，实现光生电子和空穴沿着两相接触界面有效快速的分离，可以明显改性g-C3N4/CdS的催化活性。碳材料具有导电性常作为载体出现，将g-C3N4负载到碳纤维上有利于样品的回收使用或者在金属硫化物颗粒外侧包覆一层碳材料可以抑制光腐蚀现象的发生。图1-3g-C3N4/CdS在可见光照射下催化反应机理.Figure1-3Photocatalyticmechanismdiagramsforphotocatalyticreactionofg-C3N4/CdS.1.2.4元素掺杂将适量的元素掺杂到光催化剂内部不仅可以延长光生载流子的寿命而且可以提
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米片构建的花状ZnO和CdS/ZnO复合物的制备及其光催化性能测试[J]. 张丽惠,韦致远,王攀,王俊海. 化学研究与应用. 2020(04)
[2]First-principles investigation of β-Ge3N4 loaded with RuO2 cocatalyst for photocatalytic overall water splitting[J]. Yanxia Ma,Miaomiao Wang,Xin Zhou. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[3]Ag/BiOX（X=Cl,Br,I）复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能[J]. 余长林,操芳芳,舒庆,包玉龙,谢志鹏,YU Jimmy C,杨凯. 物理化学学报. 2012(03)
本文编号：3524756
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化剂催化机理示意
第一章绪论3关系。图1-2(a)螺旋棒状g-C3N4；(b)介孔g-C3N4微球；(c)g-C3N4空心球;(d)鱼鳞状g-C3N4;(e)CdS纳米棒;(f)CdS纳米线；(g)海胆状CdS球；(h)CdS纳米花和(i)Ag2S纳米线.Figure1-2(a)g-C3N4spiralrods;(b)porousg-C3N4microspheres;(c)g-C3N4hollowspheres;(d)fish-scalestructuredg-C3N4nanosheet;(e)CdSnanorods;(f)CdSnanowires;(g)seaurchinCdSspheres;(h)CdSnanostructuredflowersand(i)Ag2Snanowires.1.2.2贵金属沉积目前，贵金属（Au,Pd,Pt,Ag等）作为助催化剂的优势在于其内部电子是自由电子，这代表不需要借助能量的激发电子就可以在自身内部发生转移。当贵金属修饰到催化剂表面后，由于贵金属较低的费米能级使得电子可以轻易的从半导体的导带沿着两者接触的界面转移到贵金属表面，不仅可以加速电子的转移有效抑制光生电子和空穴的复合，而且能够改善催化剂的能带结构直接影响催化剂的氧化还原反应，同时由于贵金属表面存在等离子共振效应可以实现提高光催化性能的目的[33-35]。Wang等[36]将Au纳米颗粒均匀的光沉积到多孔的g-C3N4球上利用该催化剂做光解水产氢实验发现引入AuNPs可以改善电子-空穴对的分离，拓宽可见光的响应范围，在可见光照射下其产氢活性是单纯多孔g-C3N4的5.34倍。同样有报道[37]证实沉积超量的贵金属会削弱光催化剂的催化活性，因为过量的贵金属颗粒会发生聚集形成大的金属颗粒，这不仅会减小催化剂的比表面积降低吸附性能，而且还可能充当光
内蒙古工业大学硕士学位论文4生电子和空穴的复合中心。由此可见，沉积适度的贵金属纳米粒子在光催化剂表面可以显著提高其光催化反应性能。1.2.3半导体、碳材料的复合近年来，通过耦合将能带匹配的两种半导体复合来调整导带和价带的位置，这不仅可以改变光生载流子的流向达到光生电子和空穴分离和转移的目的，而且还能拓宽可见光响应范围提升光催化能力，常见的半导体复合体系有g-C3N4/CdS[22],g-C3N4/MoS2[38],g-C3N4/TiO2[39]和BiOBr/MoS2[40]等。如图1-3所示，Liu等[22]将g-C3N4和CdS复合到一起形成典型的Ⅱ型异质结结构，其中CdS导带位置高于g-C3N4，而CdS价带位置比g-C3N4价带电位更负，在可见光照射下，光生电子会从g-C3N4导带转移到CdS导带并捕获溶液中溶解的O2产生O2-进而氧化溶液中的RhB，同时CdS价带上的空穴迁移到g-C3N4价带上进而氧化RhB，实现光生电子和空穴沿着两相接触界面有效快速的分离，可以明显改性g-C3N4/CdS的催化活性。碳材料具有导电性常作为载体出现，将g-C3N4负载到碳纤维上有利于样品的回收使用或者在金属硫化物颗粒外侧包覆一层碳材料可以抑制光腐蚀现象的发生。图1-3g-C3N4/CdS在可见光照射下催化反应机理.Figure1-3Photocatalyticmechanismdiagramsforphotocatalyticreactionofg-C3N4/CdS.1.2.4元素掺杂将适量的元素掺杂到光催化剂内部不仅可以延长光生载流子的寿命而且可以提
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米片构建的花状ZnO和CdS/ZnO复合物的制备及其光催化性能测试[J]. 张丽惠,韦致远,王攀,王俊海. 化学研究与应用. 2020(04)
[2]First-principles investigation of β-Ge3N4 loaded with RuO2 cocatalyst for photocatalytic overall water splitting[J]. Yanxia Ma,Miaomiao Wang,Xin Zhou. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[3]Ag/BiOX（X=Cl,Br,I）复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能[J]. 余长林,操芳芳,舒庆,包玉龙,谢志鹏,YU Jimmy C,杨凯. 物理化学学报. 2012(03)
本文编号：3524756
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