太陽光驅(qū)動的分解水制氫是當前生產(chǎn)氫能源最具有前景的方法之一。過渡金屬硫化物由于其合適的禁帶寬度以及寬的可見光吸收范圍而成為一類理想光催化產(chǎn)氫催化材料,但由于單組分硫化物半導體用于光催化產(chǎn)氫存在一些問題,比如光化學穩(wěn)定性、能量不匹配、電子空穴易于復合,因而,有必要通過半導體改性構(gòu)筑高效的復合硫化物光催化劑。與傳統(tǒng)無機半導體材料相比,金屬-有機框架材料（MOFs）具有優(yōu)異化學物理性質(zhì),且在其骨架中金屬節(jié)點被有機配體高度有序間隔開,易于實現(xiàn)衍生化,而在光催化產(chǎn)氫領域具有廣闊的應用前景。利用MOFs材料為前驅(qū)體,可在分子水平上簡單且有效地設計并構(gòu)筑具有可調(diào)變功能性的新型復合光催化材料。且此類MOFs多孔衍生物基光催化材料具有較高的比表面積,充分暴露的反應位點,可調(diào)控的異質(zhì)結(jié)界面及能帶結(jié)構(gòu),方便了光生載流子與反應物之間通過孔結(jié)構(gòu)充分接觸,從而有效降低光生電子與空穴的復合,提高光催化產(chǎn)氫性能。本論文主要通過這一簡單高效、分子水平上可控的MOFs前驅(qū)體法,設計并構(gòu)筑新型硫化物復合光催化材料,用于光催化產(chǎn)氫反應。第一部分:采用核殼結(jié)構(gòu)的MoS₂@Cd-MOF材料為前驅(qū)體,經(jīng)硫化過... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氫能經(jīng)濟的設想及氫能源的循環(huán)

如將 CO2還原為甲酸、甲醇、甲烷等有機物，將 H2O 還原為氫氣而析出。圖 1.2 半導體光催化反應機理示意圖1.2.2 光催化產(chǎn)氫反應機理光催化產(chǎn)氫其原理仍為基于半導體材料的光生載流子的產(chǎn)生、分離、遷移及氧化還原反應過程，即具有還原性的光生電子(e)將在催化劑表面吸附的 H2O分子中H+離子還原為H2。同時根據(jù)半導體固體能帶理論，要實現(xiàn)太陽能驅(qū)動的光催化分解水制氫，要求催化劑具有以下特征：（1）較強的太陽光吸收能力；（2）價格低廉，且具有較高的溶劑及光化學穩(wěn)定性；（3）禁帶寬度 Eg 大于 H2O 的分解電壓（1.23 eV）；（4）導帶（CB）位置要高于氫電極反應電勢；

3根據(jù)以上條件，并非所有半導體材料均能用于分解水制氫反應，只有能帶位置與氫反應電勢及太陽能光譜相匹配的半導體材料才能實現(xiàn)產(chǎn)氫。如圖1.3 (b)所示，為常見半導體材料的導帶價帶位置相對于氫還原和氧氧化電位位置，其中過渡金屬硫化物，如 ZnS、CdS、CdSe 等，以及 Ti、Nb、Ta、Sr 的氧化物及復合氧化物都具有較為合適的導帶位底位置（CBM）而適合用于光催化產(chǎn)氫反應。同時，材料的光響應范圍對其光催化反應性能有較為重要的影響，在太陽能光譜（圖 1.3 (c)）中，紫外光占比小，因而充分利用可見光波段能量是具有重要意義的。圖 1.3 (a)光催化產(chǎn)氫機理 (b)常見無機半導體能帶結(jié)構(gòu)及水分解電勢位置示意圖 (c)太陽能光譜1.3 光催化存在的問題及解決方法自日本科學家 Fujishima 和 Honda 利用光催化材料實現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化開始[1]，光催化技術作為一種新型的清潔能源轉(zhuǎn)化技術，得到科研工作者的廣泛研究，尤其對各類光催化材料性質(zhì)和應用的研究與日俱增，并取得讓人欣喜的結(jié)果。經(jīng)過四十多年的探索研究

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Recent Progress on Engineering Highly Efficient Porous Semiconductor Photocatalysts Derived from Metal–Organic Frameworks[J]. Wenwen Zhan,Liming Sun,Xiguang Han.  Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]MoS2納米片/CdS納米線復合光催化劑的制備及其光電化學和光催化活性研究（英文）[J]. 王紅梅,Sara Bonabi Naghadeh,李春鶴,應露,A’Lester Allen,張金中.  Science China Materials. 2018(06)
[3]四硫代鉬酸銨制備方法改進[J]. 柴永明,趙會吉,柳云騏,劉晨光.  無機鹽工業(yè). 2007(05)

博士論文
[1]MOF基光催化劑的合成、電荷分離與分解水產(chǎn)氫性能研究[D]. 肖娟定.中國科學技術大學 2017
[2]ZnO摻雜和MoS2表面修飾在太陽能光催化分解水和太陽能電池方面的理論研究[D]. 潘靖.東南大學 2015
[3]功能化TiO2納米管陣列的制備、表征與應用[D]. 李玥.湖南大學 2014

碩士論文
[1]新型硫族納米半導體光催化劑的制備及性能研究[D]. 包少魁.南昌航空大學 2015
[2]水熱制備納米MoS2及其光催化性能研究[D]. 盛備備.南京航空航天大學 2015
[3]CdS形貌的調(diào)控及CdS/MoS2復合催化劑的光電催化性能研究[D]. 郭亮亮.北京化工大學 2014
[4]石墨烯/二硫化鉬/硫化物復合光催化劑的制備及性能研究[D]. 朱柏林.華僑大學 2014
[5]p-n異質(zhì)結(jié)BiOCl/BiVO4催化劑的制備、表征及可見光催化活性[D]. 施元喬.浙江工業(yè)大學 2014
[6]過渡金屬硫化物的制備與光催化研究[D]. 李林鳳.重慶大學 2013
[7]新型硫系固溶體光催化材料的制備及模擬太陽光催化制氫試驗研究[D]. 曾藝哲.武漢理工大學 2011



本文編號：2932545