论文部分内容阅读
随着化石燃料的枯竭以及由于其燃烧所带来的日益严重的环境污染,使得世界各个国家都在投入大量的人力和资金用于寻找可替代清洁能源。氢能源是一种典型的清洁能源。将太阳能捕获并其固定在化学能H2中,以H2的形式保存下来,H2作为太阳能能源载体,又具有可循环性。自从1972年日本科学家Honda和Fujishima发现在自然太阳光光照的条件下,TiO2可以将H2O分解成H2,从此便开创了新能源中光催化制氢领域。这项技术的关键是寻找一种高效、稳定、环境友好、成本低廉的光催化剂。 1)目前,助催化剂往往都是价格昂贵且储量很小的贵金属,例如Pt、Ru等,这给光催化技术的应用带来一定的成本门坎。本文通过微波水热法得到晶型良好的ZnxCd1-xS固溶体光催化剂。将NiS原位光沉积在固溶体的表面可以使催化剂的光催化产氢速率从385μmol/h增加到1.4 mmol/h,相应的表观量子产率达到33.9%。然后通过一步热溶剂法制备了Zn0.5Cd0.5S/MoS2异质节纳米催化剂。由于MoS2具有优良的电子传递能力,因此,Zn0.5Cd0.5S在可见光照射下产生的光生光电子可以快速地迁移到MoS2颗粒表面,发生还原反应,生成H2,光生载流子分离效率得到了显著提高,从而很大程度地抑制了电子与空穴复合几率,增强了光催化性能。0.2 mol%负载的Zn0.5Cd0.5S/MoS2异质节纳米催化剂的催化效率已经达到4.2 mmol/h,表观量子产率(AQY)达到了46.32%。NiS和MoS2作为助催化剂的作用和贵金属相似,作为电子富集中心,增强光生电子与空穴分离使光催化效率得以提高。 2)使用硫代乙酰胺作为硫源和模板剂,成功地合成了粒径可调,具有可见光响应的Cu2+掺杂ZnS纳米球。Cu离子在ZnS晶格中并非是均匀分布,而是形成局域的Cu1-xZnxS固溶体,而固溶体又被ZnS基质分割开来。Cu2+0%掺杂ZnS,仅仅检测到少量的H2,大约2.2μmol h-1,随着Cu2+的掺杂浓度的增加,产氢的速率也是增加的,直到Cu-ZnS-0.5达到了74μmolh-1。但是Cu2+的掺杂浓度超过0.5%后,产氢速率随之降低,样品Cu-ZnS-1就已经降低到3.5μmol h-1。0.1 wt%Ru负载之后的Cu-ZnS-0.5催化剂,光催化产率提高了大约13倍,达到了1.03μmolh-1,且表观量子产率(AQY)达到了26.%。这项工作的意义在于寻找一种环境友好的可见光响应的光催化剂。 3)以形貌规整的Cu2WS4十面体催化剂作为模型,来研究通过控制晶体生长来调控催化剂的光催化性能。作者发现,Cu2WS4十面体中光诱导的氧化腐蚀只发生在催化剂的{101}晶面,光催化还原反应发生在{001}面,也就是原位的贵金属还原都沉积在{001}晶面。通过第一性原理计算得出了两个晶面能带结构的差异,正是这细微的差异导致了光生电子和空穴的空间分离。基于这一发现,通过调节光催化剂Cu2WS4十面体的{001}/{101}晶面比例,来调节催化剂的催化性能,并发现{001}晶面所占比例越大光催化活性越高,也就是说光催化还原反应是整个光催化过程的速率控制关键步骤。这一发现,对硫化物光催化剂的设计和催化剂晶体生长调控具有一定的借鉴意义。 4)通过溶胶凝胶法制备了几种新型的红光、绿光、以及光谱可调(蓝-绿)的荧光粉:Ca2(1-x)La7.6+x(SiO4)6O2∶Eu0.4, Lix(CLS∶Eu0.4, Lix),SrLa2(MoO4)4∶Eu3+(SLM∶Eu),Y2-xGeMoO8∶REx(RE=Eu, Tb)和Sr3Y2(SiO3)6∶Ce3+, Tb3+。通过XRD, SEM, TEM表征了荧光材料的晶体结构和形貌,并通过光致发光光谱PL详细的揭示了各个材料的发光机理和性能。