SnS2纳米复合材料的制备及光催化性能

摘要

随着工业化的发展，全球都在面临着环境污染和能源短缺的危机，这些问题严重阻碍了社会和经济的进一步发展。光催化技术被认为是解决上述问题的最有效方法之一，因此，高效光催化材料已经引起了越来越多的关注。特别是可以利用太阳能的半导体材料被认为是最有前景的光催化剂而得到了更深入研究。在所有半导体中，二氧化钛以他无毒、低成本、相对较高的化学稳定性、较强的氧化能力和生物相容性等特性，成为了过去几十年来最广泛使用的光催化剂。然而由于TiO2的禁带宽度为3.2eV，只会对紫外光区域(小于太阳光谱的7%)有响应。因此，探索出其他能够利用太阳光以及有较高化学稳定性的其他半导体是光催化领域重要的研究方向。近年来，SnS2由于禁带宽度为2.2eV，能够有效地吸收可见光，已经吸引了越来越多的关注。然而，正是由于SnS2的禁带宽度较窄，也造成了光电子与空穴重组变得相对容易，从而削弱SnS2的催化活性。根据以往研究成果，当Au、Pt、Ag等贵金属纳米晶体负载到SnS2表面时，能够增强半导体光催化活性。半导体表面的金属纳米粒子可以改善光的吸收，并促进电子和空穴的分离，从而能够提高半导体光催化活性。
　　本文采用水热法制备出SnS2纳米片，采用阳离子交换法，通过控制反应的温度、溶剂类型制备出Ag2S-SnS2中间体，通过原位还原法制备出Ag-SnS2纳米复合材料。控制还原剂的种类，诱导剂的类型来控制Ag纳米粒子在SnS2表面的分布。同时在原位还原的过程中，控制还原反应的时间，制备出一系列的Ag-Ag2S-SnS2三元复合物。以SEM和TEM为表征手段，观察样品表面形貌，以XRD确定其晶型，以紫外-可见光谱来初步判断样品的吸收光强度。用Ag-SnS2与Ag-Ag2S-SnS2两种催化剂与SnS2进行对比，探究了不同催化剂光催化降解亚甲基蓝和光解水产氢的能力。
　　在研究中发现，Ag-SnS2在光降解亚甲基蓝和光解水制氢过程中，正是由于Ag纳米颗粒在光照下表面等离子体共振产生的光电子被传递到SnS2的价带后，阻碍了SnS2自身产生的光电子与空穴的重新组合，实现了SnS2的电子与空穴分离，从而提高了SnS2光催化能力。而Ag-Ag2S-SnS2在光催化过程中是由于在光照下SnS2的产生光电子与Ag2S的空穴传递到Ag单质上而互相反应，以热能的形式扩散。而SnS2的空穴以及Ag2S的光电子由于能级差较大，难以重新组合，因此实现了电子与空穴的分离，提高了SnS2的光催化活性。在光降解亚甲基蓝过程中，电子与O2形成·O2-自由基，空穴与H2O/OH-形成·OH自由基，·O2-自由基以及·OH是降解亚甲基蓝主要活性因子。在光解水产氢的过程中，空穴与牺牲剂甲醇反应生成H2O和CO2，同时电子与H2O反应生成O2和H+，电子与H+反应生成氢气。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 半导体光催化原理以及动力学分析

1.3 纳米半导体材料光催化应用研究概况

1.4 金属硫化物SnS2研究进展

1.5 本文的主要研究内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验所用化学试剂和仪器

2.2 实验样品的制备

2.3 材料的表征

第3章 原位还原法制备Ag-SnS2 纳米复合材料

3.1 引言

3.2 SnS2 纳米片的制备与基本表征

3.3 Ag2S-SnS2 纳米复合材料的制备

3.4 Ag-SnS2 纳米复合材料的制备

3.5 Ag-SnS2的光催化性能

3.6 本章小结

第4章 三元复合物Ag-Ag2S-SnS2的制备及催化性能

4.1 引言

4.2 Ag-Ag2S-SnS2 复合物的制备与基本表征

4.3 Ag-Ag2S-SnS2的光催化实验测试

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢