ZnIn2S4表面活性位点的构建及光催化制氢性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lilunyi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
石油、煤炭及天然气等化石燃料过度开发以及产物造成的环境污染一直是经济飞速发展过程中亟待解决的问题。为解决以上问题利用可见光光催化分解水产生氢气引起广泛研究兴趣。一方面可利用的太阳光以及水等自然资源取之不尽用之不竭,另一方面氢气作为一种理想二次能源具有热值大、产物无污染等优点被广泛应用于工业生产当中。然而利用半导体作为光催化剂在可见光下分解水产氢的过程中由于光激发产生的电子空穴对复合严重,相应的光催化性能较低,因此急需寻找一种便捷有效的策略解决以上问题,提高光催化分解水制氢活性。Zn In2S4常见的三元硫化物由于具有合适的带隙以及较高的稳定性被广泛应用于光催化中,研究发现这种层状化合物具有各向异性导电性。表现为光生电子倾向于沿着垂直于(001)方向传输最终达到特定活性面发生还原反应。同样的性质也出现于ZnmIn2S3+m(m=1-5)系列化合物中,随着m的增加,各向异性导电性的趋势也逐渐明显。这种各向异性导电性可以使得光生电子空穴的迁移路径由三维变为二维,减少光生电子空穴对复合的机率,从而产生更长寿命的光生载流子。然而由于晶体形成过程中暴露活性面面积较小,活性位点较少,因此大部分到达活性面的光生电子空穴对发生复合,也就使得光催化分解水制氢性能下降。为解决上述问题,通过构筑异质结以及激活惰性面两种方法,可以增加Zn In2S4光催化剂材料的活性位点,有效提高光催化分解水制氢活性。基于以上研究本文采用微波辅助液相法合成了不同质量分数的Ag2S/ZnmIn2S3+m(m=1,5)复合材料,结合光催化制氢活性选择出最佳的Ag2S复合质量分数,研究发现3wt%Ag2S/ZnmIn2S3+m具有最高的光催化分解水制氢活性,其中3wt%Ag2S/Zn5In2S8光催化制氢活性尤为突出高达3188μmol.g-1.h-1,420nm处的AQY值为13.76%。通过SEM、TEM、XRD、XPS等表征手段分析了3wt%Ag2S/ZnmIn2S3+m材料的微观形貌和结构组成,并与光致发光光谱、紫外可见漫反射、光电流以及EIS等光电性能测试相结合,探究了3wt%Ag2S/Zn5In2S8光催化活性提升的机理。其次本实验还通过过渡金属Ni2+掺杂以及室温下S位点的刻蚀反应在ZnmIn2S3+m惰性面处构造缺陷,缺陷作为光生电子的捕获位点,同时可以改变周围原子的电子密度,改变氢吸脱附自由能,在惰性面处构造活性位点以达到激活惰性面的目的,惰性面处的S缺陷作为陷阱态捕获光生电子,后续光沉积金属Ni以及Ni S,可以将俘获的光生电子快速消耗,二者协同作用实现光生载流子的高效分离。并通过光催化制氢系统进行表征,证明以上方法的可行性。同样通过SEM、TEM以及XRD等表征手段初步判断合成的复合材料的形貌以及物相组成,接下来通过光催化性能测试对其进行表征。结合紫外可见漫反射、光致发光光谱以及光电测试对结果进行分析,探讨其对于光催化性能提升的机理。
其他文献
热电材料可以实现热能与电能之间的直接相互转换,对节约能源、减少污染具有重要意义。钛酸锶(Sr TiO3)基热电材料是一种典型的N型氧化物热电材料,其中,掺La的Sr TiO3已经被广泛研究,但仍存在电导率偏低、热导率过高的问题,其在降低烧结温度等制备工艺优化方面还有提升空间。本论文在优化La0.1Sr0.9TiO3粉体合成工艺和陶瓷烧结工艺的基础上,研究不同形态纳米Ag的复合对La0.1Sr0.9
氧化石墨烯(graphene oxide,GO)具有类似石墨烯的平面结构,且表面含有丰富的含氧官能团,主要是羟基、环氧基和羰基等。特殊的结构使得GO具有独特的物理化学性质,应用广泛。但是,在GO的制备过程中,纯化步骤是一个瓶颈问题,通常用水进行洗涤或者透析方法对GO进行提纯,但是用水洗涤需要较为漫长的时间,洗涤过程中形成十分稳定和大量的胶体溶液,难以离心分离,为纯化过程增加了难度,使得工业生产成本
半导体光催化技术,是一种以半导体材料为催化剂,利用太阳光能,降解有机污染物,制备H2、CH4等清洁能源,用于解决日益严重的环境污染和能源危机问题的新兴技术。其中,半导体材料的吸光能力、载流子的分离效率,材料对反应物的吸附能力等因素直接决定着最终光催化材料性能的优劣。本文以Bi系纳米光催化材料β-Bi2O3为基础,构筑了基于β-Bi2O3的二元、三元异质结构,深入探讨了β-Bi2O3基多元异质结构的
多铁性材料因为具有两种或两种以上基本铁性共存而成为研究的热点,其中磁电多铁性材料由于在逻辑器件和信息存储器件中具有潜在的应用价值,而受到广大研究者的亲睐,因此制备具有铁电性和磁性的多铁性材料有极其重要的意义。BaTiO3是典型的铁电材料,掺杂过渡金属离子可在BaTiO3中引入磁性。但目前存在的主要问题是在引入磁性的同时,很难保证铁电性能不下降。针对上述问题,本论文通过掺杂Fe3+引入磁性,采用模晶
能源问题越来越严峻,氢气作为一种高效清洁的能源越来越受到人们的关注。生物制氢能耗低污染少且原料可再生,具备其它制氢方法无可比拟的优点。生物制氢目前存在的主要问题是技术不成熟,尚不能实现长时间产氢,对生物依赖性大。受天然细胞启发,课题利用细胞膜最为重要的性质——分隔实现高效的酶催化反应,选定蛋白质胶囊这种仿生细胞膜结构构筑微反应器。通过高效酶促反应构建厌氧微环境,激活小球藻体内氢化酶活性,实现微室内
甜菜色素是四大天然植物色素之一,极具安全性、丰富性和易提取性,拥有抗菌、抗炎、抗癌、抗氧化的生物活性,不仅能广泛应用于食品和化妆品领域,还可在治疗氧化应激、炎症和血脂异常相关的疾病中发挥重要作用。然而,甜菜色素稳定性较差,导致其保存时间短,也限制了应用范围。此外,因制备工艺差目前国内市售甜菜红素纯度低且多有浓烈的土腥味。因此,本研究通过优化提取及纯化工艺,提高甜菜红素提取率和纯度,并对其进行微胶囊
煤炭和石油经济的快速发展给人类带来了极大的便利,但是环境问题和能源危机伴随着煤炭石油经济的发展一同到来。而光催化制氢被人们认为是解决全球能源问题的有潜力的绿色途径。g-C3N4化合物因其具有利于产氢的能带结构,高理化稳定性等优势而引起了大众的关注。但是它也面临着导电率低、载流子复合率高、吸收范围窄等问题,这限制了光催化制氢反应活性的提升。本文以助催化剂和掺杂作为调节催化剂能带结构和减少电子-空穴复
石英玻璃拥有着优异的光学性能,机械性能,耐腐蚀性能,使其在医疗生物、航空航天、化工仪器仪表等领域都有着非常重要的应用。目前对于石英玻璃的制造技术有电熔法、气炼法、等离子体沉积法等,但这些方法均存在着难以成型复杂结构构件、能耗大、效率低等缺点。近几年有报道利用光固化技术来制造石英玻璃,其具有节能、环保、高效、高精度成型等优点,为制造石英玻璃打开了新的大门。目前对于光固化成型石英玻璃的难点在于光敏浆料
在物探领域,地震勘探法是勘探资源的最重要手段。其基本原理是通过人工激发弹性波并记录岩层界面的反射波与折射波,通过分析波形而认识地质构造。实际地震勘探应用中,常使用地震检波器拾取振动信号,磁电式地震检波器因其高信噪比、接口方便、结构稳定等特点被广泛使用。随着地质勘探的由浅表层向深层勘探的深入,需要提高检波器拾取低频信号的性能,磁电式地震检波器对低频信号的响应与其自身机械结构的参数相关,当从检波器机械
在众多的能源体系中,氢气无疑是清洁能源储存转换的理想载体。电解水制氢被认为是制取高纯氢气的有效方法;然而,其正极析氧过程较高的过电位严重影响了电解水效率的提高。目前,RuO2、IrO2等贵金属氧化物被认为是活性最高的析氧催化剂,但稀缺的资源限制了其在工业中的应用。基于此,本论文开发设计了由硫代乙酰胺(TAA)与NiCl2络合物TAA-Ni水解得到的高活性的非晶NiSx,并通过浸泡法将非晶NiSx负