摘要
在当今能源缺失严重和环境恶劣的情境下，人们正在寻找新的可替代的能源材料来解决当下的问题。其中，太阳能和氢能备受关注。氢能廉价易得，太阳能可提供光源，皆为无污染的可再生能源。而光催化产氢技术就是利用太阳光驱动分解水以获得清洁能源-氢能，因此可以实现太阳能和氢能之间能量的转换。该技术在今后的能源发展中充满无限的前景。 本论文制备了一系列半导体基的Ⅱ型异质结复合光催化剂，主要研究对象为金属硫化物和非金属氮化物。通过构建性能优异、稳定性好的半导体异质结界面来提高光生载流子的分离速率和转移速率，以此提高光催化剂的产氢性能。本论文具体的研究内容由以下四个部分构成： 1.利用溶剂热法和煅烧法合成Bi2O3纳米材料，再分别以乙酸镉和硫代乙酰胺为镉源和硫源，通过溶剂热法合成尺寸均一的CdS纳米颗粒并将其负载到Bi2O3纳米材料上面，制得一系列不同配比的Bi2O3/CdSⅡ型异质结复合光催化剂。由于CdS在Bi2O3上的自然生长使其增大了比表面积，产生了更多的活性位点。与单一的半导体光催化剂相比，这种复合光催化剂材料明显表现出更优异的产氢活性。通过在线氢气检测实验，得出5%Bi2O3/CdS的复合光催化剂具有最优的产氢性能。三个小时检测的产氢量可达2961.2μmolg-1。 2.首先，通过水热法合成花型ZnIn2S4纳米粒子，再进一步通过水热法合成CdSe纳米片结构，并将其按一定量的配比包覆到ZnIn2S4纳米花上，构建一系列CdSe/ZnIn2S4Ⅱ型异质结结构的复合材料。该核壳结构的复合光催化剂在二者之间拥有紧密的接触界面，加快了光生电荷的转移。同时，适合的能带结构有利于氢气的还原，可产生更多的氢气。其中，5%CdSe/Znln2S4催化剂产氢效果最佳，三个小时的产氢量为620μmolg-1。该催化剂在连续光照9个小时的循环下仍保持良好的稳定性，最终产氢量可达到555.8μmolg-1。本章的研究为ZnIn2S4基的光催化材料提供了新的思路。 3.以上一章的研究内容为基础，进一步对ZnIn2S4基的光催化材料进行探究。本章以WCl6和MoCl5为原料合成Mo-W18O49纳米结构，再利用溶剂热法制备纳米花结构的ZnIn2S4纳米粒子，即用Mo-W18O49在ZnIn2S4结构外对其进行原位修饰，形成Mo-W18O49/ZnIn2S4Ⅱ型异质结复合结构。除此之外，通过调节不同比例的负载量来合成一系列的复合光催化剂。经光解水测试表明，10%Mo-W18O49/ZnIn2S4具有最优的产氢活性，产氢量为2592.8μmolg-1。并利用多个表征手段证明了该光催化剂具有较高的稳定性和电荷分离性能。 4.本章工作利用煅烧法合成P掺杂的g-C3N4，并以P掺杂的g-C3N4为研究对象，与Zr基MOF（金属有机框架材料MetalOrganicFramework）-UiO-66-NH2构筑了UiO-66-NH2/P-g-C3N4的Ⅱ型异质结结构，促进了电荷的有效分离。在可见光激发的作用下，复合结构的半导体纳米材料与单一的半导体材料相比，表现出更高的光催化产氢性能，P-g-C3N4和UiO-66-NH2/P-g-C3N4累计三个小时的产氢量分别为56.2μmolg-1和180.9μmolg-1。
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