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0D/1D碳点修饰硫化镉纳米线异质结增强可见光光催化性能

         

摘要

Zero-dimensional carbon dots (0D C-dots) and one-dimensional sulfide cadmium nanowires (1D CdS NWs) were prepared by microwave and solvothermal methods, respectively. A series of heter-ogeneous photocatalysts that consisted of 1D CdS NWs that were modified with 0D C-dots (C-dots/CdS NWs) were synthesized using chemical deposition methods. The mass fraction of C-dots to CdS NWs in these photocatalysts was varied. The photocatalysts were characterized using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray photoe-lectron spectroscopy, and ultraviolet-visible spectroscopy. Their photocatalytic performance for the spitting of water and the degradation of rhodamine B (RhB) under visible light irradiation were investigated. The photocatalytic performance of the C-dots/CdS NWs was enhanced when com-pared with that of the pure CdS NWs, with the 0.4% C-dots/CdS NWs exhibiting the highest photo-catalytic activity for the splitting of water and the degradation of RhB. The enhanced photocatalytic activity was attributed to a higher carrier density because of the heterojunction between the C-dots and CdS NWs. This heterojunction improved the electronic transmission capacity and promoted efficient separation of photogenerated electrons and holes.%硫化镉(CdS)作为一种对可见光响应的窄带隙半导体(带隙宽度约为2.4 eV), 具有合适的能带位置, 近年来受到越来越多的重视. 然而在光催化过程中, 光生电子与空穴的快速复合极大地限制了CdS的实际应用, 如何提高光生电子-空穴对的分离效率成为研究重点. 一维CdS纳米棒(1D CdS NWs)具有较大的长径比, 能快速有效地转移光生载流子. 零维碳点(0D C-dots)是一种粒径在10 nm以下的新型纳米碳材料, 其作为助催化剂能够加快光生载流子传递速率, 可提高材料光催化性能. 因此, 通过C-dots对CdS NWs进行修饰并形成异质结, 利用C-dots助催化剂的作用以提升CdS NWs的光催化性能,具有一定的可行性.本文成功构建了一种0D/1D碳点修饰CdS NWs异质结(C-dots/CdS NWs), 并考察其光催化性能. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等技术对系列C-dots/CdS NWs样品进行表征. 研究发现, C-dots成功负载在CdS NWs的表面并形成异质结. 通过测试系列样品在可见光照射下光催化降解罗丹明B (RhB)以及光催化产氢性能发现, C-dots的修饰能够有效增强CdS NWs的光催化性能, 其中0.4% C-dots/CdS NWs表现出最佳的光催化降解RhB活性, 其经可见光照射60 min即可实现对RhB的完全降解(相同条件下CdS NWs需要180 min). 同时自由基捕获实验表明, ·O2-是降解罗丹明B过程中的主要活性基团. 在光催化产氢性能测试中, 0.4% C-dots/CdS NWs样品表现出最高的光催化产氢能力, 产氢速率可达1633.9 μmol g-1h-1, 比纯CdS的(196.9 μmol g-1h-1)提高了8.3倍, 并且C-dots/CdS NWs具有良好的稳定性. 研究发现, 在可见光照射下, C-dots/CdS NWs能够产生较强的光生电流, 且形成的0D/1D C-dots/CdS NWs异质结具有良好的电子传输能力, 实现了C-dots/CdS NWs光生电子与空穴的有效分离, 从而增强了光催化性能.

著录项

  • 来源
    《催化学报》 |2018年第4期|841-848|共8页
  • 作者单位

    青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛266042;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛266042;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室,山东青岛266237;

    西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件国家重点实验室,陕西西安710071;

  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    半导体光催化; 异质结; CdS纳米线; 碳量子点; 水分解;

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