多孔MIn2S4(M=Zn,Cd)光催化剂的制备、表征与光催化性能研究

摘要

本文以不同的表面活性剂为软模板剂,采用水热法合成出ZnIn2S4、CdIn2S4多孔光催化剂,以及过渡金属离子掺杂n-MIn2S4(M=Zn,Cd；n=Cr3+,Mn2+,Cu2+)光催化剂。考察了模板剂、反应液pH、反应溶剂、水热温度、水热时间等因素对MIn2S4(M=Zn,Cd)多孔光催化剂的结构及光催化性能的影响。通过XRD、FESEM、EDS、UV-Vis、N2吸附-脱附、XPS等分析手段对光催化剂进行表征,考察其在可见光(λ＞400 nm)下的催化产氢性能。
　　 采用水热法制备的ZnIn2S4光催化剂为六方层状结构,具有裂隙孔结构的花型微球。实验表明,以溴代十六烷基吡啶(CPBr)为模板剂,CPBr用量0.21 g,反应液pH=2.0,水热处理温度140℃,水热时间12 h时,所制备的ZnIn2S4多孔光催化剂产氢性能最佳,平均产氢速率为1544.8μmol／(h·g)。CdIn2S4多孔光催化剂为立方晶相结构。催化剂的最佳制备条件为:模板剂SDS用量0.57 g,水为溶剂,水热温度为140℃,水热时间12 h。所制备的CdInES4光催化剂在可见光下的最高产氢速率为527.5μmol(h·g)。
　　 掺杂型n—MIn2S4(M=Zn,Cd；n=Cr3+,Mn2+,Cu2+)光催化剂表现出了更高的产氢活性。掺杂离子对催化剂的晶体结构、表面形貌和光学性能有重要影响。可见光催化产氢实验结果表明,Mn2+(0.5％)-ZnIn2S4和Mn2+(0.7％)-CdIn2S4光催化剂表现出最佳产氢性能,平均产氢速率分别为3286.4μmol／(h·g)和1296.2μmol(h·g)。