铟、镉硫化物的制备及其光催化还原CO2的性能研究

摘要

为减少空气中的CO2，解决温室效应所带来的一系列环境问题，本文采用光催化的方法来还原CO2。光催化还原CO2与其他方法相比具有更多的优点，不仅在常温常压下反应就可以进行，而且利用太阳光这种清洁能源在反应的过程中不会产生多余的CO2。通过简便的水热和非水溶剂热法，制备了不同性能的硫化物半导体纳米材料，并将其作为光催化剂以甲醇为溶剂还原CO2为有机物，并将其转换为具有高附加值的有机产品。主要包括以下内容:
　　1、通过水热法制备了In2S3光催化材料并对其进行了表征，研究结果显示该催化剂具有很高的比表面积和良好的形貌，其中比表面积高达168.622m2/g，并探究了不同制备条件对催化剂活性的影响。
　　2、通过水热法使用不同试剂作为硫源合成了CdIn2S4光催化材料并进行了表征，结果表面CdIn2S4对于光催化还原CO2具有高的催化活性，在其他制备条件相同的情况下不同硫源所合成的催化剂其性能有很大差别。其中以L-半胱氨酸为硫源所制备的材料展现出极为独特的性能，其催化产物包含甲酸甲酯和甲缩醛两种，而其他半导体的催化产物只有甲酸甲酯一种。该组材料无论是对紫外光还是可见光都有很强吸收能力，并且从理论角度对其光催化机理进行了探究。
　　3、通过使用不同溶剂的非水溶剂热法合成了CdIn2S4光催化材料并进行了表征。在本部分，以硫代乙酰胺为硫源，研究结果显示在其他制备条件相同的情况下热溶剂法所合成样品在结晶度、形貌、光吸收能力、比表面积以及光催化活性方面都有所改进，以乙二醇为溶剂所合成样品具有最佳效果。
　　4、通过水热法合成了CdIn2S4-In(OH)3复合光催化剂，该催化剂具有极高的光催化活性和强的光吸收能力，其甲酸甲酯的产率高达12278mmol/h/gcat，是一种新型高活性的可见光催化剂。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景及意义

1．2 甲酸甲酯及甲缩醛的性质和应用

1．3 光催化反应原理

1．4 半导体光催化剂

1．4．1 TiO2

1．4．2 金属氢氧化物

1．4．3 金属氧化物

1．4．4 硫化物

1．4．5 新型碳材料

1．5 光催化剂的制备和改进方法

1．5．1 光催化剂的制备方法

1．5．2 光催化剂的掺杂

1．5．3 光催化剂复合

1．5．4 光催化剂的光敏化

1．5．5 以多孔材料为载体

1．6 光催化还原CO2及其他应用的研究进展

1．7 本文研究目的与内容

第二章 实验部分

2．1 化学试剂及实验仪器

2．2 催化剂制备

2．2．1 In2S3的水热制备

2．2．2 CdIn2S4的水热制备

2．2．3 热溶剂法制备CdIn2S4

2．2．4 CdIn2S4-In(OH)3复合光催化剂的水热制备

2．3 光催化还原CO2

2．4 光催化剂的表征

第三章 In2S3光催化剂的表征及活性评价

3．1 XRD衍射光谱

3．2 SEM扫描电镜

3．3 紫外可见吸收光谱

3．4 氮吸附比表面积的测定

3．5 In2S3光催化剂的活性评价

第四章 水热法制备CdIn2S4光催化剂的表征及活性评价

4．1 XRD衍射光谱

4．2 SEM扫描电镜和TEM透射电镜

4．3 紫外可见吸收光谱

4．4 氮吸附比表面积的测定

4．5 CdIn2S4光催化剂的活性评价

第五章 溶剂热法制备CdIn2S4光催化剂的表征及活性评价

5．1 XRD衍射光谱

5．2 SEM扫描电镜

5．3 紫外可见吸收光谱

5．4 氮吸附比表面积的测定

5．5 光催化剂的活性评价

第六章 CdIn2S4-In(OH)3复合光催化剂的表征及活性评价

6．1 XRD衍射光谱

6．2 SEM扫描电镜

6．3 紫外可见吸收光谱

6．4 CdIn2S4-In(OH)3复合光催化剂的活性评价

第七章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢