ZnInS光催化剂的制备及光催化分解硫化氢的研究

摘要

本文制备了三元硫化物光催化剂ZnIn2S4、CdIn2S4以及系列复合光催化剂CdxIn2S4-Zn1-xIn2S4，并在其基础上对Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4复合光催化剂进行过渡金属Cu、Ni、Co离子掺杂改性研究。考察了反应液pH值、均匀沉淀反应时间、反应液浓度、水热反应温度和时间等制备条件对催化剂结构和性能的影响。通过XRD、UV-Vis、XPS、SPS和SEM-EDS等分析手段对其结构和理化性质进行了表征，并考察其在可见光条件下催化分解硫化氢制氢性能。
　　 采用水热法制备的ZnIn2S4光催化剂为六方晶型，吸收边为500 nm，其中ZnIn2S4-160-24表现出较好的分解硫化氢制氢性能，产氢速率可达764μmol/(h·g)。水热法制备的CdIn2S4光催化剂为立方晶型，吸收边为550 nm，CdIn2S4-160-1表现出最佳的分解硫化氢制氢性能，产氢速率可达303μmol/(h·g)。在上述两种催化剂基础上采用水热法制备系列CdxIn2S4-Zn1-xIn2S4复合光催化剂。所制备的催化剂均为复合结构，随着x值的增大，紫外可见吸收边逐渐红移，带隙能呈连续变化。当x=0.3时，Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4具有最高的产氢速率，达到590μmol/(h·g)。
　　 采用水热法制备系列Cu、Ni、Co离子掺杂Cd03In2S4-Zn0.7In2S4复合光催化剂。Cu、Ni、Co离子掺杂对催化剂的晶体结构基本没有影响；Cu2+掺杂使得催化剂的吸收边红移，而Ni2+、Co2+掺杂使得催化剂吸收边发生轻微的蓝移；离子掺杂对催化剂的表面形貌影响较大，掺杂后均为不规则块状结构。离子掺杂提高了光生电子-空穴的分离效率，提高了光催化剂的催化活性。Cu(2％)-Cd0.3In2S4/Zn0.7In2S4、Ni(5％)-Cd0.3In2S4/Zn0.7In2S4和Co(7％)-Cd0.3In2S4/Zn0.7In2S4分解硫化氢制氢速率分别为1141、3319和2245μmol/(h·g)，远高于掺杂前的催化剂。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1硫化氢分解制取氢气的方法

1.1.1直接高温分解法

1.1.2催化热分解法

1.1.3超绝热分解法

1.1.4电化学法

1.1.5光催化法

1.2光催化分解硫化氢制氢的基本原理

1.3光催化剂的设计与开发

1.4多元金属硫化物光催化剂的研究进展

1.4.1固溶体型多元金属硫化物

1.4.2 ABmCn型多元金属硫化物

1.5本论文的选题和实验内容设计

第2章实验材料和研究方法

2.1实验试剂及常用设备

2.1.1实验所用化学试剂

2.1.2常用仪器与设备

2.2催化剂的表征方法

2.2.1 X射线衍射(XRD)

2.2.2紫外可见(UV-Vis)漫反射光谱

2.2.3扫描电镜(SEM)

2.2.4表面光电压谱(SPS)

2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)

2.3光催化分解硫化氢实验

2.3.1光催化分解硫化氢的实验装置

2.3.2光催化分解硫化氢反应

第3章水热法制备ZnIn2S4光催化剂分解硫化氢制氢研究

3.1引言

3.2 ZnIn2S4光催化剂的制备及性能评价

3.2.1 ZnIn2S4光催化剂的制备方法

3.2.2 pH值对ZnIn2S4的性质及其性能的影响

3.2.3反应液浓度对ZnIn2S4的性质及其性能的影响

3.2.4水热温度(T)和时间(t)对ZnIn2S4的性质及其性能的影响

3.2.5反应介质的pH值对ZnIn2S4-160-24催化性能的影响

3.3不同锌源制备的ZnIn2S4光催化剂

3.4本章小结

第4章水热法制备CdIn2S4光催化剂分解硫化氢制氢研究

4.1引言

4.2 CdIn2S4光催化剂的制备及性能评价

4.2.1 CdIn2S4光催化剂的制备方法

4.2.2均匀沉淀反应时间对CdIn2S4的性质及其性能的影响

4.2.3反应液浓度对CdIn2S4的性质及其性能的影响

4.2.4水热温度(T)和时间(t)对CdIn2S4的性质及其性能的影响

4.2.5反应介质的pH值对CdIn2S4-160-1催化性能的影响

4.3以不同镉盐制备CdIn2S4光催化剂

4.4本章小结

第5章离子掺杂Cd1In2S4-Zn1-XIn2S4光催化剂分解硫化氢制氢研究

5.1引言

5.2 CdxIn2S4-Zn1-xIn2S4复合光催化剂的制备及性能评价

5.2.1 CdxIn2S4-Zn1-xIn2S4复合光催化剂的制备方法

5.2.2 CdxIn2S4-Zn1-xIn2S4复合光催化剂的表征

5.2.3 CdxIn2S4-Zn1-xIn2S4复合光催化剂分解硫化氢制氢性能

5.3 Cu2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的制备及性能评价

5.3.1 Cu2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的制备方法

5.3.2 Cu2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的表征

5.3.3 Cu2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂分解硫化氢制氢性能

5.4 Ni2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的制备及性能评价

5.4.1 Ni2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的制备方法

5.4.2 Ni2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的表征

5.4.3 Ni2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂分解硫化氢制氢性能

5.5 Co2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的制备及性能评价

5.5.1 Co2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的制备方法

5.5.2 Co2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂的表征

5.5.3 Co2+掺杂Cd0.3In2S4-Zn0.7In2S4光催化剂分解硫化氢制氢性能

5.6反应介质的pH值对Ni(5％)-Cd0.3In2S4/Zn0.7In2S4催化性能的影响

5.7本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文