Zn0.8Cd0.2S固溶体的制备、改性及其光催化制氢性能

摘要

通过沉淀-热处理方法制备了系列 Zn0.8Cd0.2S固溶体，用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、室温光致发光光谱(PL)对其结构组成、可见光吸收性能、光生电子-空穴分离效率以及亲水性能等物理化学性质进行了表征，并探讨了热处理条件对固溶体材料可见光催化水分解产氢性能的影响。研究结果表明，与未经热处理的 Zn0.8Cd0.2S固溶体纳米颗粒相比，经200℃水热处理的样品，其光生电子-空穴分离效率明显提高，亲水性明显改善。 用光沉积方法成功地在200℃水热处理后的 Zn0.8Cd0.2S纳米颗粒表面沉积了MoS2和WS2。研究结果表明，MoS2或WS2的引入可以明显改善Zn0.8Cd0.2S纳米颗粒的吸光性能，提高光生电子和空穴的分离效率，并明显改善Zn0.8Cd0.2S纳米颗粒的光催化活性。随着MoS2或WS2的沉积量增加，光催化材料的光催化活性先升高然后下降，2 wt%MoS2-Zn0.8Cd0.2S及1.5 wt%WS2-Zn0.8Cd0.2S纳米颗粒样品分别在各自的体系中表现出最高的光催化活性，其氢生成速率分别可达4800μmol·h-1g-1和5500μmol·h-1g-1，是未沉积样品的1.8倍和2.1倍；沉积MoS2或 WS2后 Zn0.8Cd0.2S纳米颗粒光催化活性提高关键在于 MoS2或 WS2与Zn0.8Cd0.2S固溶体之间形成了异质结结构，从而改善了光生电子和空穴间的分离效率。 通过改变热反应体系中的S/(Zn+Cd)原子比，成功的制备出具有不同厚度、大小的Zn0.8Cd0.2S-En纳米片杂化固溶体。研究表明，反应体系中的硫脲含量对所制备的固溶体的组成与结构、光电性质以及亲水性能均有重要影响。HR-TEM照片表明，随着反应体系中硫脲含量的增加，固溶体纳米片表面逐渐平整，亲水性能逐渐下降；荧光发射光谱(光致发光光谱)表明，具有合适 S/(Zn+ Cd)原子比的样品可以提高光生电子和空穴的分离效率；光催化活性实验表明，反应体系的S/(Zn+Cd)原子比对其制氢活性有明显影响，在可见光照射下，S/(Zn+Cd)为4.75时，合成的 Zn0.8Cd0.2S-En样品表现出最高的氢气产率，其可达到12100μmol·h-1·g-1。高光催化活性与样品较少的表面缺陷、合适的形貌、良好的亲水性以及新表面状态的形成有关。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 光解水制氢研究进展

1.3 可见光催化剂研究进展

1.4 MoS2纳米材料的研究

1.5 WS2纳米材料的研究

1.6 Cd1-xZnxS材料研究进展

1.7本论文的主要研究内容和创新点

第二章 热处理对Cd0.2Zn0.8S固溶体光催化活性的影响

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3光催化材料的表征与性能测试

2.4 光催化水制氢的实验过程

2.5结果与讨论

2.6本章小结

第三章 MoS2或WS2光沉积对Zn0.8Cd0.2S纳米颗粒光催化性能的影响

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3表征

3.4结果和讨论

3.5小结

第四章 硫比例对Zn0.8Cd0.2S-En光催化活性的影响

4.1 前言

4.2实验部分

4.3光催化材料表征

4.4结果与讨论

4.5 机理分析

4.6 小结

结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢