發(fā)布時間：2017-09-16 10:23

  本文關鍵詞：可見光分解水制氫高效硫化物復合催化劑的研究

  更多相關文章： 光催化 硫化鎘 分解水制氫 納米粒子 表面等離子體效應

【摘要】：利用太陽能分解水制氫是解決能源短缺及環(huán)境污染問題的理想途徑之一,適用于這一途徑的半導體基光催化劑的開發(fā)一直受到人們的廣泛關注。雖然近年來相關研究已取得較大進展,但催化劑的效率仍然很低,制約著光催化分解水制氫反應的發(fā)展。本論文從光催化劑的設計角度入手,以提高半導體光生載流子分離和傳輸效率為目標,構建了兩種結構較為新穎的硫化物復合催化劑,它們在可見光分解水制氫反應中表現出較高的量子效率和穩(wěn)定性,甚至可以在無助催化劑的條件下實現高效光催化產氫,具體工作如下:(1)將具有表面等離子效應的Au納米粒子鑲嵌于Cd S半導體內部(Au@Cd S),以期充分利用Au納米粒子在表面等離子共振條件下所產生的電磁場,達到提高Cd S光生電子-空穴的分離和傳輸效率的目的。Au@Cd S采用水熱合成的方法制備,10-15 nm的Au粒子相對均勻地分散在Cd S內部,需要指出的是穩(wěn)定Au粒子的保護劑所形成絕緣層可以阻斷界面間的電子傳輸,而并不影響電磁場的能量傳輸。熒光光譜顯示Au@Cd S中光生電子-空穴的效率和壽命明顯高于單純的Cd S催化劑,光催化結果顯示Au@Cd S在以硫化鈉和亞硫酸鈉為犧牲試劑的可見光產氫反應中表現出較高的催化性能,在不采用其它助催化劑的條件下,Au@Cd S的可見光產氫量子效率達到12.1%(λ=420nm),明顯優(yōu)于Cd S以及將相同的Au納米粒子擔載于Cd S表面的催化劑的性能;在擔載0.1wt%Pt條件下,產氫的量子效率可以提高到45.6%左右,而且在考察的100 h的反應時間內沒有失活現象發(fā)生,與Cd S催化劑相比,穩(wěn)定性得到了較大提升。(2)將Cd S納米粒子限域生長于相對惰性的介孔Si O2載體表面(Cd S/Si O2),首先采用檸檬酸存在條件下的溶膠-凝膠法制備出粒子分布均一的Cd O/Si O2前驅體,之后通過在Na2S溶液中陰離子交換的方法在Si O2的介孔孔道內獲得Cd S納米粒子,電鏡結果顯示Cd S的粒子大小在8-10nm左右�？梢姽獯呋a氫結果顯示在無助催化劑的條件下,Cd S/Si O2的最高產氫量子效率可以達到42%,顯著優(yōu)于相同條件下塊體Cd S的性能以及文獻報道的無助催化劑條件下Cd S體系催化劑的結果。熒光光譜結果顯示Cd S/Si O2中Cd S的粒子表面存在一定量缺陷位,有利于捕獲光生電子,并可能作為光催化產氫的活性中心,發(fā)揮了助催化劑的作用。目前這一策略已推廣到其它金屬硫化物光催化劑制備。綜上,本論文采用兩種策略獲得了光催化產氫性能較高的硫化物半導體催化劑,這些工作將為進一步構建高效光催化分解水催化劑提供一定借鑒和指導。
【關鍵詞】：光催化 硫化鎘 分解水制氫 納米粒子 表面等離子體效應
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-65
• 1.1 引言11
• 1.2 光催化分解水基本原理11-15
• 1.2.1 光催化分解水主要過程12-13
• 1.2.2 光催化分解水評價指標13-15
• 1.3 半導體光催化劑研究進展15-24
• 1.3.1 寬禁帶半導體16-19
• 1.3.2 窄禁帶半導體19-24
• 1.4 提高半導體光催化劑催化效率方法24-37
• 1.4.1 提高吸光性能，，拓展吸光范圍24-27
• 1.4.2 提高電荷傳輸速度及分離效率27-37
• 1.5 本課題的目的和意義37-39
• 參考文獻39-65
• 第二章 實驗部分65-71
• 2.1 主要試劑和原料65-66
• 2.2 實驗儀器66
• 2.3 催化劑的制備66
• 2.4 催化劑的表征方法和測試手段66-68
• 2.4.1 X射線粉末衍射（XRD）66-67
• 2.4.2 紫外可見光譜（UV-vis）67
• 2.4.3 氮吸附脫附實驗（N_2 adsorption-desorption）67
• 2.4.4 掃描電子顯微鏡（SEM）67
• 2.4.5 透射電子顯微鏡（TEM）和高分辨電鏡（HRTEM）67
• 2.4.6 X射線光電子能譜（XPS）67
• 2.4.7 熒光光譜表征（PL）67-68
• 2.4.8 表面光電壓表征（SPV）68
• 2.5 光催化制氫反應68-71
• 2.5.1 光催化反應裝置68-69
• 2.5.2 Na2S-Na2SO3體系的光催化反應69
• 2.5.3 量子效率的計算69-71
• 第三章 表面等離子體Au納米粒子鑲嵌于CdS內部對光催化產氫性能及穩(wěn)定性的提高71-89
• 3.1 引言71-72
• 3.2 Au@CdS催化劑的制備72-73
• 3.2.1 Au膠體的制備72
• 3.2.2 Au@CdS催化劑的制備72-73
• 3.3 結果與討論73-84
• 3.3.1 Au膠體的表征73-74
• 3.3.2 Au@CdS催化劑的形貌結構表征74-76
• 3.3.3 Au@CdS催化劑的光學性質76-77
• 3.3.4 Au@CdS催化劑的光催化性能77-79
• 3.3.5 Au@CdS催化劑的高效光催化性能機理的探索79-84
• 3.4 本章小結84-86
• 參考文獻86-89
• 第四章 限域生長的CdS無助催化劑高效光催化產氫性能的研究89-109
• 4.1 引言89-90
• 4.2 CdS/SiO_2復合光催化劑的制備90-91
• 4.2.1 CdO/SiO_2的制備90
• 4.2.2 CdS/SiO_2的制備90-91
• 4.2.3 不同金屬硫化物催化體系的制備91
• 4.3 結果與討論91-106
• 4.3.1 催化劑形貌結構表征91-94
• 4.3.2 紫外可見漫反射吸收光譜94
• 4.3.3 無助催化劑條件下CdS/SiO_2催化劑的光催化產氫活性94-101
• 4.3.4 CdS/SiO_2催化劑優(yōu)異產氫性能機理探究101-104
• 4.3.5 MS/SiO_2催化劑產氫性能的評測及表征104-106
• 4.4 本章小結106-107
• 參考文獻107-109
• 結論與展望109-112
• 1. 結論109-110
• 2. 展望110-112
• 作者簡歷112-113
• 在學期間所取得的科研成果113-114
• 致謝114

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