摘要
太阳能光催化制备碳氢燃料技术具有解决全球能源短缺和环境污染的潜在能力，也是我国实施可持续发展战略和落实“碳达峰、碳中和”目标的主要路径之一。CdS作为一种典型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体，其禁带宽度约为2.4eV，是一种窄带隙可见光响应型光催化剂，对可见光具有良好的吸收性能。但单一CdS在光反应过程中容易出现光生电子对复合、光腐蚀等现象。MnS、Ag2S等金属硫化物能通过形貌调控、能带修饰等方式促进CdS的光生载流子分离，有着较大的应用前景。本文通过对CdS进行形貌调控并复合其他金属硫化物半导体材料，构建CdS-金属硫化物光催化材料，并进行光催化产氢和CO2还原及其性能研究。 (1)通过溶剂热法在高温高压的条件下合成了一维硫化镉纳米棒，并在外部复合MnS，成功制备了一维CdS纳米棒-MnS复合光催化剂，记为CM。平均直径45nm、长度275nm的CdS纳米棒外负载MnS。结果表明，在牺牲剂的辅助作用下，CM复合光催化剂的产氢效率可达866μmol·g-1·h-1，是纯CdS纳米棒的2.04倍。这种性能提升可归因于以下因素：(1)光生电子在一维棒状结构内传输速率快，加快反应进行，提升了反应效率；(2)形成的S型异质结结构在保留了氧化还原能力的同时，避免了光生载流子的复合；(3)光反应过程中，羟基自由基等活性物质数量明显增多，光催化活性提升。最后通过电化学阻抗，瞬态光电流响应等表征手段，提出了一维CdS纳米棒-MnS的S型异质结的产氢机理。 (2)采用水热法，以纳米片自组装的策略制备了CdS纳米片组装花，并在片上负载Ag2S量子点。平均直径为6nm的Ag2S量子点分布在CdS纳米片组装花上，加快电子转移，减少了光生电子对的复合，降低反应过电位，提升光催化活性，从而提高了CdS的CO2还原能力。Ag2S量子点的量子尺寸效应，拓宽了Ag2SQDs/CdS纳米片组装花的能带带宽，同时，CdS纳米片组装花大的比表面积提供了更多的反应吸附位点，进一步提高了反应效率。Ag2SQDs/CdS纳米片组装花(5wt%)复合材料的光催化CO产率可达16.6μmol·g-1·h-1，是纯CdS纳米片组装花2.10倍。本实验为量子点辅助催化剂的设计提供了合理的思路，为提高光催化CO2减排提供了一种可行的方法。
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