硫化镉基复合材料的制备及其光催化性能调控研究

发布时间：2021-12-17 17:12

　　在现代经济与社会快速发展的同时,环境污染与能源危机问题日渐严峻。众多学者发现,光催化半导体材料因其独特的优势可被应用于环境污染治理、新能源开发等众多方向。但由于传统的半导体材料如TiO₂等,对太阳光响应范围较小,极大地限制了光催化技术的发展与应用。如何设计出新型高效、环境友好、价格低廉的半导体材料是目前光催化领域中的研究热点。硫化镉作为众多半导体中光电化学性质较为优异的一种材料,其因拥有合适的禁带宽度、较高的量子效率、较强的光催化活性而展示出巨大的应用前景,获得学者们的广泛研究。但同时它还存在光生载流子易复合、材料易光腐蚀等缺点。本论文选取不同半导体纳米材料与硫化镉复合,通过构建异质结的方法对其进行改性,以求达到增强光催化活性、提高可见光利用率的目的,并探讨其在光催化降解和光解水产氢方向的应用性能。本课题的主要研究内容如下:（1）以水热法制备BiOBr纳米片及CdS纳米颗粒,通过超声浸渍法将两种半导体进行复合,得到新型的BiOBr/CdS纳米复合材料。并以孔雀石绿（MG）为模拟污染物,对复合材料的光催化降解活性及稳定性进行测试。发现复合材料在100 min内对MG... 

【文章来源】：常州大学江苏省

【文章页数】：107 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

半导体光催化机理示意图

半导体材料来说，其对太阳光的吸收能力，光生电子与空穴的氧化还原能力，光生载流子的分离能力是制约半导体材料光催化性能的主要原因。1.2.3.1 半导体能带位置半导体材料的禁带宽度直接决定着材料对太阳光的响应范围，而导带与价带的位置直接决定着材料的氧化还原能力[19]。禁带宽度越窄，太阳光谱响应范围越宽，对太阳能的利用效率越高，这是因为窄带隙的半导体所需要的光激发能量更少，更容易生成电子和空穴，但是带隙过窄会导致光生电子和空穴的再结合速率加快。而对于单一半导体光催化材料，导带位置越负，光生电子的还原能力越强，而价带位置越正，光生空穴的氧化能力越强，意味着更优秀的光催化性能，但是过负的导带以及过正的价带会导致半导体的禁带宽度变大，这与半导体的光吸收范围对禁带宽度的要求向矛盾[20]。因此较优的导带位置和价带位置对半导体的光催化性能来说至关重要，图 1-2 列出了一些常见半导体材料的禁带宽度和带边位置。

图 1-3 常见光催化复合材料体系Fig. 1-3. Common systems of photocatalytic semiconductors.2 贵金属沉积通过在半导体材料表面负载少量贵金属来提高光生载流子的分离效率贵金属的费米能级远低于半导体材料，为了实现两者间费米能级的平衡属负载于半导体材料表面时，半导体材料的光生电子将从导带迁移至贵而光生空穴则被留在半导体上，在两者接触界面上会形成空间电荷层，体的能带发生弯曲从而形成 Schottky 能垒，并捕捉光生电子。这一改性使半导体材料的光生载流子达到物理上的分离，通过改变光生电子的分饰半导体的目的。但过度负载会导致贵金属粒子发生团聚，降低材料的，遮蔽了半导体材料对光的吸收区域以及光催化反应区域，同时提高了。常见的负载金属有 Pt[27]、Pd[28]、Ag[29]、Au[30]和 Ru[31]等。3 离子掺杂


本文编号：3540567