核壳分级结构复合材料的制备及光催化析氢性能的研究

摘要

发展绿色低碳、清洁高效的氢能是解决能源危机和环境污染问题的有效策略，是人类研究的重点。实现高效的光催化分解水析氢的效率，需要半导体中电子空穴有效的分离并转移。纳米材料的形貌对其性能有很大影响，特殊形貌的化合物可以暴露更多的活性位点使得电子有效的分离并且被利用，分级核壳结构就满足这一条件，大的比表面积可以提供更多的活性位点，同时在分级结构上负载有效的助催化剂可以提高电子的转移并且有效利用。
　　本论文主要研究内容如下:
　　(1)以制备的碳纳米纤维(CNFs)作为基底，钛酸四丁酯作为钛源，在乙醇作为溶剂通过溶剂热反应出TiO2纳米刺原位长在碳纳米纤维复合体材料前躯体。前躯体再经过焙烧最后形成了分级结构的TiO2/CNFs复合材料。随后用浸渍法将NiS纳米粒子负载在TiO2/CNFs复合材料，并通过实验测试了复合材料样品在模拟太阳光照射下的光催化析氢性能，研究了不同含量、不同助催化剂负载量对产氢效果的影响。
　　(2)以制备的碳纳米纤维(CNFs)作为基底，用溶剂热的方法合成了In2S3/CNFs核壳分级结构，可以通过调节不同的反应时间来推测In2S3的反应机理，随后水热法将助催化剂MoS2纳米粒子负载在In2S3/CNFs表面，调节不同比例的助催化剂的负载量，进行光催化分解水析氢的性能测试来确定最佳样品，并且研究不同催化剂质量的析氢性能。
　　(3)以铜网为基底，加入硫源、铟源和锌源并且乙醇为溶剂溶剂热的方法制得在铜网的表面原位生长ZnIn2S4纳米片，随后用浸渍法在合成的样品表面负载Ni(OH)2助催化剂，调节镍源与NaOH的量获得不同比例的助催化剂的负载量，进行了光催化分解水析氢性能的测试，并且对不同催化剂的量和不同助催化剂的量的析氢性能做了研究。

目录

摘要

1．1 引言

1．2 半导体材料光催化原理

1．2．1 光催化反应的基本机理

1．2．2 光催化析氢反应的基本机理

1．3 提升光催化产氢性能的方法

1．3．1 电子的生成

1．3．2 电子的存活

1．4 常见助催化剂

1．4．1 过渡金属氧化物与氢氧化物

1．4．2 过渡金属硫化物与碳化物

1．5 常见光催化剂载体

1．6 选题背景

1．7 本课题研究内容

第2章 实验材料和表征方法

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 实验试剂和原料

2．1．2 实验仪器和设备

2．2 表征方法及原理

2．2．1 扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)

2．2．2 广角X射线衍射(Wide-angle X-ray diffraction，WAXRD)

2．2．3 透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)

2．2．4 拉曼光谱(Raman spectroscopy)

2．2．6 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)

2．2．7 电化学阻抗谱(EIS)

2．2．9 荧光检测器(Fluorescence Spectrophotometer)

2．3 光催化分解水制氢性能测试

第3章 NiS／TiO2／CNFs核壳分级结构的制备及其光催化析氢性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 纳米碳纳米纤维的制备

3．2．2 TiO2／CNFs(H)复合材料的制备

3．3．1 NiS／TiO2／CNFs(H)催化剂的表征

3．3．2 NiS／TiO2／CNFs核壳分级结构光催化析氢性能的测试

3．4 本章小结

第4章 MoS2／In2S3／CNFs核壳分级结构的制备及其光催化析氢性能的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 纳米碳纳米纤维的制备

4．2．2 In2S3／CNFs复合结构的制备

4．2．3 MoS2／In2S3／CNFs复合材料的制备

4．2．4 MoS2／In2S3／CNFs催化剂光催化析氢性能的测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 MoS2／In2S3／CNFs催化剂的表征

4．3．2 MoS2／In2S3／CNFs核壳分级结构光催化析氢性能的测试

4．4 本章小结

第5章 Ni(OH)2／ZnIn2S4／Cu分级结构的制备及其光催化析氢性能的研究

5．2．2 Ni(OH)2／ZnIn2S4／Cu复合材料的制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 Ni(OH)2／ZnIn2S4／Cu分级结构的表征

5．3．2 Ni(OH)2／ZnIn2S4／Cu分级结构光催化析氢性能的测试

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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