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【6h】

硫化锌基光催化剂的水热制备、改性及光催化性能研究

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2. ZnS半导体材料研究概述

1.3 硫化物固溶体研究概况

1.4 离子掺杂的半导体光催化剂研究概况

1.5 复合半导体的研究概况

1.6 本课题研究的主要内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验试剂、材料及设备

2.2 实验步骤

2.3 样品的表征方法

2.4 催化剂光催化制氢性能的评价

第3章 Zn0.83Cd0.17S固溶体的制备、表征及光催化性能

3.1 温度对Zn0.83Cd0.17S固溶体结构和形貌的影响

3.2 时间对Zn0.83Cd0.17S固溶体结构和形貌的影响

3.3 不同温度和时间Zn0.83Cd0.17S的光吸收特性

3.4 不同温度和时间Zn0.83Cd0.17S的光催化性能

3.5 本章小结

第4章 Ni改性ZnS的制备、表征及光催化性能

4.1 不同Zn/Ni投料比条件下光催化剂的相组成分析

4.2 Zn1-xNixS光催化剂的结构表征及光催化性能

4.3 ZnS/NixSy光催化剂的结构表征与光催化性能

4.4 温度对Zn0.98Ni0.02S光催化剂结构和性能的影响

4.5 时间对Zn0.98Ni0.02S光催化剂结构和性能的影响

4.6 本章小结

第5章 Zn0.98Ni0.02S/MoS2的制备、表征及光催化性能

5.1 MoS2纳米片的结构和形貌表征

5.2 MoS2复合量对Zn0.98Ni0.02S/MoS2复合材料结构和性能的影响

5.3 MoS2制备时间对Zn0.98Ni0.02S/MoS2结构和性能的影响

5.4 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它成果

声明

致谢

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摘要

为提高ZnS半导体材料对太阳光的利用率,改善光生电子和空穴复合速率快的问题,本文采用水热法,通过形成固溶体、离子掺杂和半导体复合改性制备ZnS基光催化剂,利用XRD、SEM、TEM、XPS和粒度分析仪等对样品的结构和形貌进行分析,利用UV-Probe研究样品的光学特性,并在含0.35mol/L Na2S和0.25mol/LNa2SO3的200ml水溶液体系中评价样品的光催化制氢活性,分析了催化剂的光催化制氢机制。
  水热法制备了立方闪锌矿结构的Zn0.83Cd0.17S固溶体亚微米球。温度不高于160℃得到的是均相Zn0.83Cd0.17S固溶体,180℃时得到的是Zn0.83Cd0.17S固溶体和ZnS的混合相。温度的升高提高了固溶体的结晶度,Cd的含量逐渐增多,晶面间距逐渐变大,吸收边逐渐红移。水热时间对样品的相组成和形貌影响不大,水热时间延长,样品的结晶度和吸收边先增大后减小,12h时样品结晶度最高、吸收边红移最大。固溶体的量对光催化性能也有影响,当温度为160℃,时间为12h制备的样品在用量为0.03g时,光催化活性最好,产氢速率为45.97mmol·h-1·g-1。
  在水热反应溶液加入不同量的镍离子,制备了两类光催化剂:当Ni的含量不大于0.1时,Ni2+能够掺杂到ZnS的晶格中形成Zn1-xNixS光催化剂,当高于0.1时,形成ZnS/NixSy复合材料。不论是Ni掺杂还是形成复合材料,都能提高样品在可见光区的吸收强度,同时提高ZnS的光催化制氢活性,并且前者优于后者。通过改变水热温度和时间,得到Ni掺杂量为0.02时Zn0.98Ni0.02S光催化剂的优化工艺:温度为180℃、时间为12h。该条件下所制备的样品表现出最好的光催化活性,产氢速率为457.11μmol·h-1·g-1。
  将水热法制备的MoS2纳米片加入到含有锌盐、镍盐和硫脲的溶液中,制备了Zn0.98Ni0.02S/MoS2复合材料,MoS2的引入使Zn0.98Ni0.02S样品的吸收边红移,在可见光区的吸收强度增加。当MoS2的制备时间为30h,复合量为0.02g时,光催化活性最好,产氢速率为887.40μmol·h-1·g-1,是复合MoS2前的2倍多。

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