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光电催化技术在发展可再生能源和环境治理方面有广泛的应用,是缓解能源危机和环境污染的有效方法。近年来,基于量子点的复合结构具有优异的光电性能,在光电催化方面有很大的潜力,成为研究热点。一维纳米材料比表面积大,量子点与之复合可以兼具两者的优异特性:(1)纳米管大的比表面积在增加量子点负载量的基础上,还可以为量子点和基底电极的电子传递提供更有效的通道,从而显著改善量子点的性能;(2)窄带隙的量子点可以吸收更多可见光,进而弥补磷化钼(MoP)在太阳光谱利用方面的不足。本论文的主要内容是探索合成具有高比表面积的MoP纳米管阵列,并分别以BiVO4和CdS量子点为半导体催化剂,合成BiVO4 QDs/MoP NTs 和 CdS QDs/MoP NTs 催化剂。其中 BiVO4 和 CdS 量子点为光催化剂,MoP NTs为助催化剂,利用MoP出色的电子传输性质改善BiVO4光生电子-空穴对易复合、低导电率和空穴迁移率慢的缺点,以及CdS的水氧化动力较弱导致的光生空穴在表面发生易聚集、阳极易光腐蚀等问题。本论文研究内容及结果如下:1、通过阳极氧化法合成直接生长在金属Mo片上的氧化钼纳米管(MoOxNTs/Mo),氧化钼长度800nm,内径60-80nm,氧化钼纳米管磷化生成磷化钼纳米管(MoPNTs/Mo)。该体系在酸性和碱性电解质中实现较高的析氢反应(HER)效率。在酸性条件下,MoPNTs/Mo,Tafel斜率为106.29 mV dec-1。在碱性电解中,Tafel斜率为131.85 mV dec-1。相比其他研究,上述催化体系的性能均有所提升。分析认为其HER机制可能与典型的Heyrovsky反应或Tafel反应不同,经历了 Volmer反应步骤和Heyrovsky反应步骤。电化学阻抗谱(EIS)显示MoP NTs/Mo在酸性和碱性电解质中具有更小的阻抗。光电催化性能测试中产氢气速率在酸性环境中可以达到139 μmol h-1。碱性环境中,MoP NTs/Mo产氢速率为115 μmol h-1。在10 mA cm-2的电流密度下,分别在0.5 M H2SO4和1.0 M KOH中显示224 mV和269 mV的过电势。与纯Mo片和MoOx NTs/Mo相比,MoP NTs/Mo材料所需电压为纯Mo片的0.5倍,是MoOx NTs/Mo的0.7倍。2、本文制备了形貌可控、稳定性好、光响应范围宽、性能优异的BiV04 QDs/MoP NTs三维纳米管阵列光阳极。通过构建三维多级MoP结构,解决了常见催化剂表面活性位点少、光生电荷传输效率低等问题,同时达到降低析氧反应过电势,改善了光电催化水氧化反应动力学过程的目的。采用多次浸渍法制备了 BiV04 QDs/MoP NTs催化剂。结果表明,粒径小于10 nm的BiV04QDs成功负载在MoP NTs的表面,显著提高了复合催化剂的可见光吸收性能。可见光照射下,在电压为1.2V vs.RHE时,BiV04QDs-6/MoPNTs的光电流密度达到1.6 mA cm-2的最大值。产氧速率为80 μmol h-1,与未负载的MoP NTs相比,性能提升了 3倍。3、采用多次浸渍法制备了 CdS QDs/MoP NTs催化剂。结果表明,粒径为5 nm左右的CdSQDs成功负载到MoPNTs的表面,并显著提高了复合催化剂的可见光吸收性能。可见光照射下,产氢速率约为162 μmol h-1,是未负载量子点的MoPNTs/Mo材料的1.2倍。