无贵金属的硫化物作为助催化剂在光催化制氢中的应用研究

摘要

能源危机和环境恶化是当前人类社会所面临的两个重大问题，利用可再生资源制备清洁无污染、并可持续利用的新能源是解决上述问题的有效途径之一。氢能来源广泛，利用形式多样，燃烧性能好，燃烧产物只有水，且燃烧生成的水可以继续制氢，能够循环利用，因此氢能被学者认为是21世纪最有潜力的替代能源。在众多的制氢方法中，利用太阳能多相光催化分解水制氢技术因其能直接利用太阳能且体系简单，日益受到广泛关注。在这项技术中寻找合适的光催化剂是核心。本论文构建了一系列由无贵金属硫化物修饰的复合型光催化剂，并且把它用于光催化制氢体系当中。某些无贵金属的硫化物具有特殊的层状形貌，对光催化制氢反应有着重要的影响。本论文主要内容概括如下：
　　（1）首先采用水热法制备了块状的二硫化钼，并用液相剥离法得到二硫化钼的片层。利用二硫化钼片层作为基底，在上面负载上可见光催化剂硫化锌镉固态溶液。以这种复合型的材料作为光催化剂。利用了X射线粉末衍射、X光电子能谱、高分辨透射电镜、紫外可见漫反射光谱、光电反应和荧光测试对样品进行了一系列的表征。结果显示硫化锌镉固态溶液的纳米颗粒沉积在二硫化钼片层上面，纳米颗粒和二硫化钼片层之间有着紧密的接触。这种复合型的催化剂被用于光催化制氢反应当中。光催化反应结果显示，二硫化钼片层能够有效地改善硫化锌镉固态溶液的光催化反应活性，同时，二硫化钼片层能够改善硫化锌镉固态溶液的稳定性。
　　（2）在无水无氧的条件下采用锂离子插层法制备了类石墨烯的的二硫化钨片层。利用二硫化钨片层作为基底，在上面负载上可见光催化剂硫化锌镉固态溶液。以这种复合型的材料作为光催化剂。X射线粉末衍射、X光电子能谱、高分辨透射电镜、紫外可见漫反射光谱、光电反应表征了光催化剂的性质。结果显示硫化锌镉固态溶液的纳米颗粒沉积在类石墨烯二硫化钨片层上面，纳米颗粒和二硫化钨片层之间有着紧密的接触。这种复合型的催化剂被用于光催化制氢反应当中。光催化反应结果显示，二硫化钨片层能够有效地改善硫化锌镉固态溶液的光催化反应活性，同时，二硫化钨片层能够改善硫化锌镉固态溶液的稳定性。
　　（3）本实验首先制备了二维的氮化碳（C3N4）片层，然后利用水热法把硫化镍纳米颗粒负载 C3N4片层上。其中二维的C3N4片层是利用液相剥离法制备的。制备得到的复合物光催化被用于可将光光催化制备氢气中。在复合物中C3N4充当光催化剂，硫化镍作为一种无贵金属的析氢助催化剂。这种新型的光催化剂显示出与贵金属铂修饰的C3N4相近的光催化活性。而且，与块状的C3N4相比，剥离得到的C3N4片层具有更好的光催化活性。光催化实验与光电测试说明二维 C3N4超薄的结构有效地促进了光生电子和光生空穴的分离，进而促进了光催化反应效果的增强。
　　（4）本实验首先合成了二维的二氧化钛纳米片，然后利用光沉积法将四硫代钼酸铵转化为二硫化钼负载在二维的二氧化钛纳米片上。实验利用紫外可见漫反射光谱、X射线粉末衍射光谱和透射电子显微镜技术表征了这些样品。这两种材料都是片层的，它们能够紧密地结合在一起。这种紧密的结合可以改善光生电荷分离效率，从而进一步促进光催化制氢的效果。这种复合物的光催化制氢实验显示它具有良好的光催化制氢活性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 半导体光催化制备氢气概述

1.3 光催化制氢的原理

1.4 光催化产氢的主要过程

1.5光催化剂性能的评价

1.6 提高光催化剂性能的主要途径

1.7 本论文的立题依据、主要研究内容及创新点

参考文献

第二章 实验材料与研究方法

2.1实验试剂和仪器

2.2 物理测试及表征

2.3 光催化剂评价系统

参考文献

第三章 二硫化钼负载的硫化锌镉复合物在可见光条件下光催化制氢性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

4 结论

参考文献

第四章 金属态二硫化钨片层负载的硫化锌镉复合物在可见光条件下光催化制氢性能的研究

4.1前言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 结论

参考文献

第五章 无贵金属硫化镍纳米颗粒修饰的C3N4纳米片可见光下光催化制氢性能的研究

5.1 前言

5.2实验部分：

5.3 结果与讨论

5.4结论：

参考文献

第六章 二维二氧化钛片与二硫化钼复合物光催化制氢性能的研究

6.1前言

6.2 实验部分

6.3 实验结果与讨论

6.4结论

参考文献

第七章 论文工作的总结与展望

7.1 论文工作的总结

7.2 研究展望

攻读博士学位期间发表的论文

SCI学术刊物上发表的论文

会议论文

致谢