论文部分内容阅读
随着全球工业的快速发展,化石能源的消耗也日益加快。经济发展的同时,这种无节制的消耗也带来了全球变暖、海平面上升、臭氧层破坏等一系列不可逆的环境问题。为促进社会的绿色可持续发展,人类逐步探索出太阳能、风能、生物质能和氢能等多种可再生清洁能源。其中,太阳能是一种能量高且环境友好的可再生能源。而氢气作为一种新型能源,具有可再生、燃烧产物无污染的优点,被认为是化石能源的优良替代品。在这种趋势下,光催化制氢技术作为解决上述问题的最有效方法之一,引起了研究者们的广泛关注。在各种半导体光催化剂中,ZnIn2S4作为一种典型的三元金属硫化物半导体材料,由于其合适的禁带宽度,对可见光表现出优异的性能。然而,纯ZnIn2S4光致空穴与电子的高度复合限制了其在可见光光催化中的应用。因此,常通过与其他半导体形成异质结构来提高ZnIn2S4的光催化活性,在保持可见光吸收的同时提高载流子分离性能。通过离子交换法,以(NH4)2MoS4为前驱体,制备了非晶态的CoMoS4和NiMoS4纳米粒子。并通过低温溶剂热法将CoMoS4和NiMoS4纳米粒子分别负载在ZnIn2S4纳米花片之间。以15%三乙醇胺(TEOA)为牺牲试剂,对纯ZnIn2S4、CoMoS4-ZnIn2S4和NiMoS4-ZnIn2S4复合光催化剂进行光催化测试。结果表明,5%CoMoS4-ZnIn2S4制氢性能最好,为2440μmol/g/h,约为纯ZnIn2S4的3.4倍。光催化性能的提高,可能是由于CoMoS4和ZnIn2S4之间的界面接触,形成了肖特基结,这有利于电子从ZnIn2S4转移到CoMoS4上。与此同时,CoMoS4在制氢过程中充当反应的活性位点。光照时,ZnIn2S4电子发生迁移并与吸附在CoMoS4的表面上的H+发生还原反应,从而光催化制氢性能被提升。另外,在420 nm单色光下5%CoMoS4-ZnIn2S4的量子制氢效率约为6.3%。通过调节Ni:Co的摩尔比,利用溶剂热法合成了NixCo3-x(CO3)1.5(OH)3前驱体,以Na2S·9H2O为硫源,将NixCo3-x(CO3)1.5(OH)3前驱体硫化,合成了不同形貌的NixCo3-xS4(x=0、0.5、1、2、2.5、3)。通过低温溶剂热法将ZnIn2S4和NixCo3-xS4进行复合,并测定了其光催化制氢活性。结果表明,1%Ni Co2S4/ZnIn2S4光催化制氢性能最好,为2679μmol/g/h,约为纯ZnIn2S4的3.8倍。SEM、TEM等测试结果表明,Ni Co2S4为中空纳米棒结构,与ZnIn2S4复合后,2D ZnIn2S4纳米片均匀生长在Ni Co2S4的中空纳米棒上,Ni Co2S4作为复合材料的助催化剂,光生电子从ZnIn2S4可以迅速迁移到Ni Co2S4的CB上,有效抑制了光生电子空穴对的快速复合。另外,中空结构由于光的反射散射,能更有效的利用太阳光,缩短了载流子传输距离,极大的促进了光催化性能。420 nm单色光下1%Ni Co2S4/ZnIn2S4的量子制氢效率为13%。调节Ni:Co摩尔比,通过水热法成功合成了NixCo1-x-OH前驱体,以磷酸二氢钠为磷源,在Ar气的保护下,利用高温煅烧法合成了NixCo1-xP。通过低温溶剂热法将NixCo1-xP与ZnIn2S4复合,成功将NixCo1-xP修饰在ZnIn2S4纳米花上。制氢测试结果表明,2%Ni0.1Co0.9P-ZnIn2S4制氢速率最高,为3839μmol·g-1·h-1,是ZnIn2S4和2%Pt-ZnIn2S4的5.2倍和2.4倍。ZnIn2S4与Ni0.1Co0.9P的紧密接触有利于界面电荷转移,并抑制了ZnIn2S4的电子-空穴对复合。此外,由于双金属元素的协同作用,Ni0.1Co0.9P-ZnIn2S4比Ni2P-ZnIn2S4和Co P-ZnIn2S4有更高的制氢活性。另外,在420 nm单色光下,量子制氢效率为15.03%。