多孔ZnS-CdIn2S4固溶体光催化剂制备及制氢性能研究

摘要

本文采用水热法制备了ZnS-CdIn2S4固溶体光催化剂，通过X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)、场发射扫描电镜(FESEM)和光催化活性测试等手段对这一系列固溶体的组成、结构、形貌及光催化性能进行了系统的研究，并为ZnS系固溶体光催化剂的进一步研究提供了思路。
　　采用场发射扫描电子显微镜及X射线衍射表征了ZnS-CdIn2S4固溶体粉体的微观形貌和晶体结构，测试结果表明水热法制备的ZnS-CdIn2S4固溶体粉体形貌均一，单分散性好，无ZnS、CdIn2S4杂相的存在，且 ZnS-CdIn2S4固溶体的微观形貌及相组成与ZnS及CdIn2S4组分的配比有着密切的联系，ZnS-CdIn2S4固溶体颗粒是由一次颗粒自组装形成的二次颗粒，随着CdIn2S4组分的增加，一次颗粒逐渐由纳米立方向纳米片过渡。紫外可见漫反光谱试表明，随着CdIn2S4组分的增加，ZnS-CdIn2S4固溶体吸收边红移。比表面积及孔径测试表明(CdIn2)0.3Zn2.8S4固溶体具有较高的比表面积，且呈现出多孔性，这有利于光催化活性的提高，其孔类型为狭缝形。样品的比表面积及总孔容随着合成温度的提高而增加，当合成温度为240℃，合成时间12h时，样品的比表面积及总孔容最大，分别为120.61m2·g-1和0.1255cm3·g-1。
　　光催化活性测试表明，ZnS-CdIn2S4固溶体光催化剂的组成为(CdIn2)0.3Zn2.8S4时活性最高，其原因可能是此时光催化剂的吸光性能与导带位置更适宜制氢。随着合成温度的提高样品的制氢活性逐渐升高，这与其比表面积及总孔容的提高有关，当合成温度240℃，合成时间24h时，光催化剂具有最优的光催化制氢性能。对光催化反应的参数，如牺牲剂Na2S浓度、Na2SO3浓度、光催化剂的添加量、超声分散时间、Pt助催化剂负载量优化后，(CdIn2)0.3Zn2.8S4固溶体光催化制氢活性高达2090μmol·h-1，活性高于目前报道的大多数可见光响应光催化剂。

目录

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摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 光催化分解水制氢原理

1.3 可见光响应光催化剂种类

1.4 光催化剂的合成方法

1.5 本论文的选题思路及研究内容

第2章 材料及实验方法

2.1 实验材料及仪器设备

2.2 样品的表征方法

第3章 多孔ZnS-CdIn2S4固溶体光催化剂的制备与结构表征

3.1 引言

3.2 光催化剂的制备

3.3 结构及组成分析

3.4 形貌分析

3.5 比表面积分析

3.6 紫外-可见漫反射光谱及能带分析

3.7 本章小结

第4章 多孔ZnS-CdIn2S4固溶体光催化剂 制氢性能研究

4.1 引言

4.2 固溶体中各元素配比对制氢活性的影响

4.3 固溶体合成工艺对制氢活性的影响

4.4 牺牲剂量对制氢活性的影响

4.5 催化剂添加量对制氢活性的影响

4.6 超声分散时间对制氢活性的影响

4.7 负载助催化剂对制氢活性的影响

4.8 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢