二维材料/M_xS_y复合光催化剂的制备及其性能研究

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二维(2D)材料由于具有独特的光学和电学性质,在太阳能电池、水裂解及环境净化方面都有着良好的应用前景。2D材料具有高比表面积、良好的电子迁移率和稳定性,被认为是制备高效纳米复合材料的理想材料。而金属硫化物(MxSy)具有良好的可见光响应,能利用太阳光的可见光部分进行光解水产氢和降解有机污染物。但由于金属硫化物的光生载流子分离效率低和稳定性差,阻碍了它的实际应用。上述两类材料的各自优势正巧是对方所欠缺的,两者的结合有望提高光催化材料的光催化效率和对太阳光的利用率。为此,本论文以二维半导体材料和金属硫化物为研究对象,通过构造超薄g-C3N4纳米片/CdS和超薄MoS2纳米片/ZnIn2S4两种复合物,来考察复合物中二维半导体材料对金属硫化物的光催化效率和稳定性产生的影响。本论文的主要研究内容和创新点如下:(1)采用简单的热缩聚和超声法制备出超薄g-C3N4纳米片,并通过溶剂热法制备出超薄g-C3N4纳米片/CdS复合物。实验结果表明,超薄g-C3N4纳米片与CdS接触紧密,这有利于光生电子与空穴的分离,能有效地提高光催化活性和光催化剂的稳定性。(2)通过一锅水热法来合成超薄MoS2纳米片/ZnIn2S4复合光催化剂。通过光催化产氢实验来考察复合物的光催化性能。研究结果证实,一步法合成的复合物中,超薄MoS2纳米片不仅可以有效地降低产氢过电势,且与ZnIn2S4纳米片间具有紧密地接触,明显加速了光生载流子的分离和迁移,进而提高光催化产氢活性。(3)通过超薄g-C3N4纳米片/CdS和超薄MoS2纳米片/ZnIn2S4复合光催化剂这两种二维材料/MxSy复合物,表明二维半导体材料对提高金属硫化物的光催化活性和稳定性起到了重要的作用,为设计高效的可见光光催化剂提供了思路和基础数据。
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