本文選題：硫化物　切入點：硫缺陷　出處：《華僑大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：近年來,半導(dǎo)體材料因在能源轉(zhuǎn)化和污染治理方面具有潛在應(yīng)用前景而備受矚目。金屬硫化物憑借其良好的可見光響應(yīng)、適宜的能帶結(jié)構(gòu)、原料豐富、制備簡單等優(yōu)點,已成為半導(dǎo)體材料研究的重中之重。盡管如此,CdS、ZnIn_2S_4、CdIn_2S_4等金屬硫化物仍面臨著光生電子-空穴對易復(fù)合、比表面積小等關(guān)鍵問題,而且硫化物在光、電化學(xué)反應(yīng)過程中容易光腐蝕,其活性與穩(wěn)定性的提高亟待解決。本文首先以CdS為研究對象,采用NaBH4固相還原-HF表面修飾方法,在CdS中引入了硫缺陷和氟離子。利用NaBH4強(qiáng)還原性,使用熱還原法在三元硫化物ZnIn_2S_4和CdIn_2S_4結(jié)構(gòu)中成功地引入S缺陷,制備了系列硫缺陷型ZnIn_2S_4-x和CdIn_2S_(4-x),拓展了該還原法的運用范圍和研究對象。利用X射線衍射(XRD)、Raman光譜、X射線光電子能譜(XPS)、物理吸附-脫附、紫外-可見漫發(fā)射光譜(UV-vis DRS)、熒光光譜(PL)和光電化學(xué)等技術(shù)對催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)狀態(tài)、硫缺陷的種類及含量、比表面積、孔徑分布、光吸收性能、能帶結(jié)構(gòu)和光生載流子的分離效率等性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)地表征和深入地分析。系統(tǒng)、全面地考察了催化劑可見光催化分解水制氫的性能。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)硫缺陷的引入降低了CdS導(dǎo)帶底的位置,CdS的禁帶寬度縮小,可見光的吸收范圍增大,表面光生載流子的分離效率升高,可見光催化制氫活性明顯增強(qiáng),275℃條件下制得的CdS-R2性能最佳,其光催化產(chǎn)氫效率為4.2 mmol?h~(-1)?g~(-1),是純CdS的3.2倍,但是該CdS-R2的光穩(wěn)定性較差,反應(yīng)4 h后逐漸失活;氟離子表面修飾后,CdS-R2-F3催化劑的活性穩(wěn)定性顯著提高,而且,氟離子的電子誘導(dǎo)作用有利于催化劑表面光生載流子的有效分離,進(jìn)一步提高了光催化劑的性能。與CdS-R2相比,氟修飾的CdS-R2-F3的產(chǎn)氫效率達(dá)6.0 mmol?h~(-1)?g~(-1),反應(yīng)的催化效率提高了42.9%,且反應(yīng)進(jìn)行了20 h后,催化劑依然保持良好的活性穩(wěn)定性。(2)NaBH_4固相還原后,ZnIn_2S_4晶格中部分Zn-S鍵和In-S鍵同時斷裂,產(chǎn)生硫缺陷態(tài),導(dǎo)致ZnIn_2S_4-x的導(dǎo)帶位置下降,催化劑的可見光利用率升高、光生載流子分離效率顯著增強(qiáng),ZnIn_2S_(4-x)可見光催化制氫的效率相應(yīng)地提高,275℃條件下制得的ZnIn_2S_4-x性能最佳,其光催化制氫效率為13.2 mmol?h~(-1)?g~(-1),是純ZnIn_2S_4(4.5 mmol?h~(-1)?g~(-1))的2.9倍,反應(yīng)進(jìn)行15h后,催化劑保持著穩(wěn)定的制氫效率。(3)通過NaBH4固相還原法調(diào)控CdIn_2S_(4-x)晶相中硫缺陷的含量,同樣可實現(xiàn)CdIn_2S_(4-x)能帶結(jié)構(gòu)的微調(diào),在CdIn_2S_(4-x)結(jié)構(gòu)中引入硫缺陷,增強(qiáng)了催化劑的可見光吸收范圍和能力,提高了表面光生電子、空穴的分離效率,提高了CdIn_2S_(4-x)可見光催化性能。結(jié)果表明:CdIn_2S_(4-x)的最佳熱還原溫度為300℃,與純的CdIn_2S_4相比,硫缺陷CdIn_2S_4光催化劑制備氫效率(1.1mmol·h~(-1)·g~(-1))提高了1.1倍,且反應(yīng)18 h后活性仍保持穩(wěn)定。
[Abstract]:In recent years, semiconductor materials have potential applications in energy conversion and pollution control has attracted attention. The metal sulfides with its good response to visible light, the band structure, suitable abundant raw materials, simple preparation and the like, has become a priority among priorities of semiconductor materials research. However, CdS, ZnIn_2S_4. CdIn_2S_4 and other metal sulfide still faces the photogenerated electron hole pairs easy recombination surface of small area of key issues, and in the light of sulfide, corrosion to light in the electrochemical reaction, the activity and stability improvement. This paper takes CdS as the research object, using NaBH4 solid phase reduction of -HF surface modification method. Sulfur defects and fluorine ion is introduced in CdS. By using NaBH4 strong reduction, using thermal reduction method successfully introduced S defects in three yuan ZnIn_2S_4 sulfide and CdIn_2S_4 structure, a series of sulfur defective preparation ZnIn_2S_4-x and CdIn_2S_ (4-x), to expand the scope of application and the research object of the reduction method. By using X ray diffraction (XRD), Raman spectra, X ray photoelectron spectroscopy (XPS), adsorption desorption, UV Vis spectra, fluorescence spectra (UV-vis DRS) (PL) crystal structure photoelectric and Chemical Technology of catalyst, surface chemical state, sulfur content and types of defects, specific surface area, pore size distribution, light absorption and separation efficiency properties of band structure and optical carriers were systematically characterized and analyzed deeply. The system, comprehensive study of the performance of the catalyst under visible light catalytic decomposition of water to hydrogen. The main research contents and results are as follows: (1) the introduction of sulfur defects reduced CdS the bottom of the conduction band position, the band gap of CdS is reduced, the visible light absorption range increases, increasing the separation efficiency of photogenerated carrier surface, visible light photocatalytic activity for hydrogen generation Enhanced 275 C prepared under the condition of optimum CdS-R2 performance, the photocatalytic hydrogen production rate was 4.2 mmol? H~ (-1)? G~ (-1), is 3.2 times that of pure CdS, but the CdS-R2 light stability is poor, 4 h reaction gradually after inactivation; fluoride ion surface modification, activity the stability of CdS-R2-F3 catalyst is significantly improved, and electron induced effects of fluoride is beneficial to effective separation of photogenerated carrier catalyst surface, to further improve the performance of photocatalysts. Compared with CdS-R2, the efficiency of hydrogen production of fluorine modified CdS-R2-F3 6 mmol? H~ (-1)? G~ (-1), catalytic reaction efficiency the increase of 42.9%, and the reaction is 20 h, the catalyst still maintain good activity stability. (2) NaBH_4 solid phase reduction, ZnIn_2S_4 lattice Zn-S In-S bond and fracture, produce sulfur defect state, leading to ZnIn_2S_4-x conduction band position rate decline, rising by visible light The high separation efficiency of photogenerated carriers significantly enhanced ZnIn_2S_ (4-x) efficiency of visible light photocatalytic hydrogen production increased 275, C prepared under the condition of optimum ZnIn_2S_4-x performance, the photocatalytic efficiency of hydrogen production was 13.2 mmol? H~ (-1)? G~ (-1), pure ZnIn_2S_4 (4.5 mmol? H~ (-1)? G~ (-1)) 2.9 times, after 15h reaction, the catalyst maintained a stable hydrogen production efficiency. (3) the regulation of CdIn_2S_ by NaBH4 solid phase reduction method (4-x) content in crystal phase sulfur defects, also can achieve CdIn_2S_ (4-x) band structure tuning in CdIn_2S_ (4-x) the introduction of sulfur the defect structure, enhance the absorption ability and range of visible light, improves the surface separation efficiency of photogenerated electrons and holes, improved CdIn_2S_ (4-x) visible light catalytic performance. The results showed that CdIn_2S_ (4-x) temperature is 300 DEG C the best thermal reduction, compared with pure CdIn_2S_4, sulfur deficient CdIn_2S_4 light catalyst for preparing hydrogen The efficiency (1.1mmol. H~ (-1). G~ (-1)) increased by 1.1 times, and the activity remained stable after the reaction of 18 h.

【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;光催化分解硫化氫制氫研究獲進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2010年02期

2 ;光催化分解硫化氫制氫研究獲進(jìn)展[J];天津化工;2010年01期

3 ;光催化分解硫化氫制氫研究獲進(jìn)展[J];工業(yè)催化;2010年02期

4 蔡乃才,簡翠英,董慶華;有機(jī)羧酸的光催化分解反應(yīng)[J];感光科學(xué)與光化學(xué);1988年04期

5 張誼華，滕玉美，曾憲康，王涵慧，，俞稼鏞;光催化分解硫化氫制取氫氣的研究[J];感光科學(xué)與光化學(xué);1994年02期

6 溫福宇;楊金輝;宗旭;馬藝;徐倩;馬保軍;李燦;;太陽能光催化制氫研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年11期

7 張德;;有害的硫化氫污染物可經(jīng)光催化成有用的氫和硫[J];化學(xué)通報;1982年05期

8 ;水洗再生型光催化除臭濾氣器[J];現(xiàn)代化工;2001年01期

9 甘欣;趙希娟;覃彪;傅文甫;;Pt(Ⅱ)配合物光催化制氫研究進(jìn)展[J];中國材料進(jìn)展;2010年01期

10 呂宏飛;李錦書;單雯妍;白雪峰;;多元金屬硫化物催化劑及光催化分解硫化氫的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2012年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 李旦振;鄭宜;付賢智;;微波場助光催化及其應(yīng)用[A];中國電子學(xué)會第七屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2001年

2 殷好勇;金振聲;張順利;張治軍;;有機(jī)物分子的吸附及光催化分解對水接觸角的影響[A];2000'全國光催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2000年

3 付賢智;;環(huán)境光催化基礎(chǔ)與應(yīng)用研究進(jìn)展[A];第六屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

4 王崇明;;新時代——吹響了光催化號角[A];第二屆全國染整行業(yè)技術(shù)改造研討會論文集[C];2004年

5 葉云;王秀麗;馮兆池;李燦;;CdS QDs/Co complex光催化產(chǎn)氫體系的時間分辨光譜研究[A];第十七屆全國光散射學(xué)術(shù)會議摘要文集[C];2013年

6 付賢智;;環(huán)境光催化基礎(chǔ)與應(yīng)用研究新進(jìn)展[A];2004年全國太陽能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

7 吳季懷;林煜;黃妙良;林建明;黃昀方;殷澍;佐藤次雄;;層狀納米光催化復(fù)合材料HNbWO_6/Pt的合成和性質(zhì)[A];2000'全國光催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2000年

8 賀攀科;張敏;楊冬梅;董芳;楊建軍;;微波-二元醇技術(shù)制備Au/TiO_2及其光催化消除臭氧[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

9 周航月;葛介超;汪鵬飛;;團(tuán)藻狀的Cd_(1-x)Zn_xS納米球:無模板法制備及其在可見光催化制氫應(yīng)用[A];第十三屆全國光化學(xué)學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2013年

10 李越湘;呂功煊;李樹本;;草酸作電子給體光催化分解水制氫[A];2000'全國光催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2000年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 記者 吳長鋒;光催化分解水制氫氣展現(xiàn)迷人前景[N];科技日報;2013年

2 蔡維希 蔡忠仁;光催化分解廠房有機(jī)污染物項目實施[N];中國化工報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 韋丁;硒化銦和鈦酸銦納微結(jié)構(gòu)調(diào)控與光催化制氫性能[D];北京理工大學(xué);2015年

2 伍明;氧化銀—氧化鋅復(fù)合物和改性的類石墨氮化碳的光催化性能研究[D];吉林大學(xué);2015年

3 高洪林;無機(jī)離子修飾提高g-C_3N_4光催化性能的研究[D];南京大學(xué);2014年

4 郎笛;硫化鎘光催化材料的制備及其可見光催化性能研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

5 于笑瀟;分等級納米復(fù)合光催化材料的制備及其光催化性能研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

6 陳秀芳;石墨相氮化碳的制備、表征及其光催化性能研究[D];福州大學(xué);2011年

7 鄭艷;鉍復(fù)合氧化物的合成及其可見光光催化性能研究[D];江南大學(xué);2011年

8 劉美英;鉭基氮氧化物上可見光光催化分解水制氫研究[D];中國科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2006年

9 徐新;水滑石基半導(dǎo)體復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究[D];北京化工大學(xué);2011年

10 于鶴;SrTiO_3光催化材料光吸收邊調(diào)控及其光催化產(chǎn)氫性能研究[D];南京大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李鑫;新型MoS_2/TiO_2復(fù)合材料的合成及光催化性能探究[D];上海師范大學(xué);2015年

2 王雋;釕基光敏劑的合成及其在TiO_2光催化體系中的催化性能研究[D];鄭州大學(xué);2015年

3 李云;上轉(zhuǎn)光劑-NaTaO_3-助催化劑體系在光催化水解制氫中的應(yīng)用及相關(guān)影響因素的研究[D];遼寧大學(xué);2015年

4 李宏穎;TiO_2@酵母微球的調(diào)控合成及其催化性能研究[D];長安大學(xué);2015年

5 張亞軍;微納枝狀結(jié)構(gòu)ZnFe_2O_4的制備與改性及光催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 李孜;氮摻雜碳量子點的熒光分析檢測及光催化性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

7 張松;二氧化鈦光催化制氫的失活機(jī)理研究[D];南京大學(xué);2013年

8 劉輝;多孔SrTiO_3納米晶的制備及其光催化性能研究[D];南京大學(xué);2014年

9 徐鵬;介孔二氧化鈦基復(fù)合催化劑的制備及其光催化性能研究[D];吉首大學(xué);2015年

10 何靜;鉍氧化物及其復(fù)合物的制備與光催化性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

本文編號：1654428