基于菌糠碳点/二硫化钼的复合材料制备及其光催化性能研究

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本文基于生物质菌糠碳点(CDs)良好的电子存储和传输特性以及二硫化钼(MoS2)优异的光催化析氢活性,将CDs与MoS2复合得到CDs/MoS2(CMS)光催化材料。CMS光催化材料来源广泛、成本低廉,弥补了传统贵金属光催化剂价格高昂、来源稀缺的缺点,不仅自身具有良好的光催化性能,还可以作为助催化体系。将CMS与半导体催化剂复合,既可以从半导体表面提取电荷,增加光生电子和空穴分离效率,从而提高光催化效果,又可以作为分子活性位点,利于氢离子和有机污染物的转化,在生产氢能源和环境修护方面具有广阔的应用前景。以菌糠和Na2MoO4为原料,通过水热法制备了 CMS光催化材料。并通过SEM、TEM、FTIR、XRD、XPS和BET等表征手段研究其形貌和理化结构,同时利用UV-vis DRS、PL和电化学测试等分析其光电化学性质。该材料为二维纳米片结构,边缘蜷曲呈花状,这种结构为光分解水析氢提供了活性位点,CDs作为电子受体可以提高光生载流子的分离率。光催化析氢结果表明,CDs的质量分数为0.81%,催化材料具有最佳的析氢效果,其速率达到315 μmol g-1 h-1,是纯MoS2的2.05倍。可见CMS表现出良好的光催化析氢性能,是一种有潜力的光催化材料。将CMS作为助催化剂,通过煅烧法与富氮氮化碳(C3N5)复合得到CD/MoS2/C3N5(CMSCN)光催化材料。CMSCN为不规则块状聚合物,表面具有介孔结构,有利于光催化反应发生。光催化实验结果表明,CMSCN光催化材料具有双重催化性能,既能高效分解水产生H2,又能快速降解有机染料亚甲基蓝(MB)。当助催化剂CMS5负载量为5%时,光催化材料表现出最优的光催化析氢活性,析氢速率为444.49 μmol h-1 g-1,是C3N5的1.45倍。与此同时,CMS5负载量为5%的CMSCN也对MB具有突出的光催化降解效果,在120 min内MB的去除率可达93.51%,是纯C3N5的2.23倍。该光催化材料在推动氢能源生产的发展和减少染料污染方面具有广阔应用前景。通过水热法将CMS与二氧化钛(TiO2)复合制备得到CD/MoS2/Ti02(CMSTO)光催化材料。SEM和TEM分析表明,CMSTO是由无数晶体纳米棒的聚集形成的海胆状花球结构。光电化学实验表明,CMSTO光催化材料光生载流子分离能力强,带隙小,可见光利用率提高。光催化重整实验表明,以葡萄糖作底物牺牲剂高效分解水产氢时,CMS5负载量为3%的CMSTO光催化材料表现出最佳的光重整析氢活性,析氢速率为444.53μmol h-1 g-1,是TiO2的8.34倍,此外,CMSTO光催化材料对木糖、果糖等小分子糖类也有较好的重整析氢效果。
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