三元硫化物的制备及其在光催化反应中的研究

发布时间：2020-07-06 18:14

【摘要】：光生电子和空穴的有效利用已被广泛认为是光催化研究的热门话题。在这项研究中,本课题组报道了一种多功能光催化反应系统,其中贵金属Au改性的ZnIn_2S_4光催化剂,在可见光驱动下有效的利用了光生电子和空穴将芳香醇选择性氧化成相应的醛和氢质子还原成氢。贵金属Au通过光沉积法沉积在ZnIn_2S_4纳米片上提高了所制备的ZnIn_2S_4光催化剂的活性。在可见光照射(λ≥420 nm)下,与单体ZnIn_2S_4相比,0.5%Au/ZnIn_2S_4纳米片用于光催化裂解苯甲醇反应,具有更高的光催化活性,苯甲醛和产氢的量可达到326.68和352.04μmol,这些值分别比纯ZnIn_2S_4样品的光催化活性高4.4和3.6倍。产氢的量子效率和光生电子对空穴的利用率可以达到8.06%(λ=400±10 nm)和98.54%。另外,代替有机溶剂,通过将苄醇分散在水中形成反应体系,所述芳香醇能够在可见光下同时产生氢和醛,它不仅充分利用电子和空穴,而且环保。此外我们还研究了在可见光下g-C_3N_4/ZnIn_2S_4复合之后在有机溶剂中选择性氧化芳香醇到芳香醛的光催化活性。我们发现3%g-C_3N_4/ZnIn_2S_4样品的光催化活性最佳。为了解释复合光催化剂的活性我们进行了一系列的表征。如XRD,XPS,TEM,UV-vis,PL,BET等。之后我们还提出了复合光催化剂选择性氧化芳香醇到芳香醛的反应机理。
【学位授予单位】：淮北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O644.1;O643.36;TQ244.1
【图文】：

过程图,光催化反应,光照条件,过程

]，通常而言，我们会将固体光催化剂的能带结构分为三个部B)[26]、导带(CB)[26]以及禁带(Eg)[27]。下面以 TiO2[24]为列子，程(图 1 所示)。当入射光光子的能量大于禁带宽度能量(Eg)时子便会受到激发，跃迁到导带[28]，价带中留下带正电的空穴剂表面的 H2O 或 OH-能被空穴氧化生成●OH[30]，而●OH 具有够进一步氧化吸附到催化剂表面的物质[31]。导带中产生电子质子还原成氢[7]。的光量子的波长与半导体的禁带宽度(Eg)要满足一定的关系：eV)[7,32,33]，从关系式我们能看出，若想催化剂在可见光范围内的禁带宽度得满足 Eg≤3.1 eV[33,34]。常见的半导体的能带位置。

能级图,能级图,芳香醛,还原电位

图 2 常见半导体的能级图（pH=7）3 影响光催化活性的因素.1 半导体光催化剂能带结构的影响依据 λg (nm) = 1240/Eg(eV)[7,32,33]这个公式我们知道，当催化剂在可400)范围内有响应时，它的禁带宽度必须满足 Eg≤3.1 eV[33,34]。根据之前我们知道氢质子对氢的还原电位为 0 V(相对于 NHE)[37]，苯甲醇对苯甲电位为约+0.68 V(vs. NHE)[38-40]。在光催化选择性氧化芳香醇到芳香醛还原成氢的反应中，选取的催化剂导带位要比氢的还原电位更负，价带香醇/芳香醛的电位相接近[40]。因此在催化反应中寻找具有合适能带结

样品,全谱,元素,吸附气体

图 1.ZnIn2S4和 X％Au / ZnIn2S4样品的 XRD 图。Fig. 1. XRD patterns of ZnIn2S4and X % Au/ZnIn2S4samples.2.2 XPS 分析我们进行 X 射线光电子能谱（XPS）测量来分析合成样品的表面化学成价态。图 2a 显示了 0.5%Au/ZnIn2S4样品的全谱，从全谱图可以观察到In，S，C 和 O 元素外，其他元素均未观察到。其中 C，O 峰主要来源电胶和吸附气体分子[38,40]。值得注意的是，在样品的整个测量光谱中没 Au 信号，这可能是由于其含量较低。如图 2b-d 所示，Zn 2p 的高分光谱分裂为两个峰，分别位于 Zn 2p3/2（1022.0 eV）和 Zn 2p1/2（1045.2In 3d 光谱的两个峰中心分别位于 445.0（3d5/2）和 452.6 eV（3d3/2），的两个峰中心分别位于 161.3（S 2p3/2）和 162.6 eV（S 2p1/2），这分别

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