摘要
助剂修饰是增强半导体光催化剂制氢活性的有效途径之一。二维层状材料MoS2因其边缘位不饱和S原子具有接近于0的氢吸附吉布斯自由能(?GH)而被认为是理想的光催化制氢助剂。然而，传统的块状多层堆叠MoS2的边缘活性位少、电子传输能力差，导致其在实际应用中的析氢活性低；同时，当前MoS2修饰型光催化剂的合成方法大多涉及繁琐、苛刻的反应条件。因此，研究简单可行的合成方法以制备活性位点丰富、电子传输能力优良的MoS2助剂对发展高制氢活性的光催化剂具有重要意义。本论文分别在维生素辅助剂和无机双功能前驱体的作用下实现了超小MoSx纳米点和少层MoxW1-xS2析氢助剂的可控合成，并对其增强光催化主体材料制氢性能的机理展开研究。具体研究内容和结果如下： 第一，采用维生素C辅助合成法成功制备了超小MoSx纳米点/碳层共修饰的TiO2光催化剂(MoSx/C@TiO2)。在合成过程中，维生素C不仅可转化为薄碳层紧密连接TiO2主体光催化剂和MoSx析氢助催化剂，加速光生电子在二者界面间的转移；而且可作为良好载体并抑制超小MoSx纳米点(尺寸约为1nm)的团聚。光催化测试结果表明：MoSx/C@TiO2光催化剂具有显著提升的制氢性能，其中MoSx/C@TiO2(0.7wt%)的性能最高，达到971.4μmolh-1g-1。基于表征数据结果，提出了光催化析氢性能机理：薄碳层促进了光生电子在TiO2和MoSx间的快速转移，而具有超小结构的MoSx纳米点为界面析氢反应提供了丰富的不饱和S活性位点，二者的协同作用显著提升了MoSx/C@TiO2的光催化制氢性能。 第二，以(NH4)2MoS4和(NH4)2WS4为双功能前驱体，通过简易的一步溶剂热法在CdS表面原位生长少层MoxW1-xS2助剂，制得少层MoxW1-xS2/CdS光催化剂。在合成过程中，双功能前驱体不仅可作为生成少层助剂MoxW1-xS2（层数在5~7层）的前驱体，而且还为主体材料CdS的形成提供必要的S源。在光催化制氢测试中，少层MoxW1-xS2/CdS光催化剂的制氢性能明显提升，制氢速率最高达2968.1μmolh-1g-1，是MoS2/CdS样品的3.5倍。根据表征数据分析，W元素的引入使得少层MoxW1-xS2助剂的电子传输能力和活性位点密度得以优化，且MoxW1-xS2在CdS表面的原位生长使得二者间存在强的界面耦合作用，从而使MoxW1-xS2/CdS光催化剂具有显著提升的制氢性能。
NETL