【摘 要】
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随着工业化的发展,水污染的问题日益凸显。利用半导体进行光催化降解污染物是目前应用较为广泛的绿色无污染方法之一。CdS由于适中的禁带宽度被广泛的应用在光催化领域,但是其自身存在着光腐蚀现象,并且光生载流子复合效率高,光催化性能并不是很好。为了改善CdS材料的不足,本研究首先掺杂Zn2+在其中,改善CdS的光腐蚀现象,提高稳定性,其次与Ti O2、WS2和Mo S2复合构筑异质结结构的材料。利用XRD
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随着工业化的发展,水污染的问题日益凸显。利用半导体进行光催化降解污染物是目前应用较为广泛的绿色无污染方法之一。CdS由于适中的禁带宽度被广泛的应用在光催化领域,但是其自身存在着光腐蚀现象,并且光生载流子复合效率高,光催化性能并不是很好。为了改善CdS材料的不足,本研究首先掺杂Zn2+在其中,改善CdS的光腐蚀现象,提高稳定性,其次与Ti O2、WS2和Mo S2复合构筑异质结结构的材料。利用XRD对材料的组成进行表征,通过SEM、TEM观察光催化剂的形貌及尺寸,利用UV-Vis DRS、PL和EIS方法对复合材料的吸收带边、光生载流子复合效率和界面电子迁移速率等进行研究,并且通过降解实验观察光催化剂对亚甲基蓝（MB）的降解情况,最后通过自由基的猝灭对光催化机理进行研究。通过共沉淀-水热法制备了ZnxCd1-xS光催化剂,晶体结构与立方闪锌矿结构的CdS一致,掺杂了Zn2+之后降低了CdS的光生载流子的复合效率,并且提升了电子迁移速率,制备出的Zn0.5Cd0.5S对不同的染料（MB、甲基橙、罗丹明B、孔雀石绿、结晶紫）均有很好的降解效果。在240 min时,Zn0.5Cd0.5S对10 mg/L的MB光催化降解效果最好,达到了77.45%,反应速率常数为0.007 min-1,分别是CdS和Zn S的4.38和5.38倍,降解过程中的活性基团为超氧自由基（O2-·）。在掺杂Zn2+后,CdS的稳定性也有了很大的提升,在四次循环试验后光催化效果为60.18%。采用共沉淀-水热法在制备了Ti O2/Zn0.5Cd0.5S、WS2/Zn0.5Cd0.5S与Mo S2/Zn0.5Cd0.5S三种光催化剂,在形成异质结结构后,材料的禁带宽度均有不同程度的降低,其中对可见光吸收最好的为Mo S2/Zn0.5Cd0.5S光催化剂,并且其电子-空穴对的复合效率非常低,三种光催化材料对MB的光催化降解性能均有所提升。在240 min时,90%-Ti O2/Zn0.5Cd0.5S对MB的脱色率达到了94.2%,反应速率常数为0.0142 min-1,分别是Zn0.5Cd0.5S和Ti O2的2.1倍和11.9倍,在降解过程中自由基为O2-·。在240 min时,WS2/Zn0.5Cd0.5S复合材料的脱色率达到92.6%,反应速率常数为0.013 min-1,分别是Zn0.5Cd0.5S和WS2的1.86倍和5.4倍,在降解过程中自由基为O2-·和羟基自由基（·OH）。在光催化降解100 mg/L MB的过程中,97%-Mo S2/Zn0.5Cd0.5S的降解效果达到了98.46%,降解速率为0.0243 min-1,与两种基体相比有很大程度的提升,吸附效果也得到了很大的提升,在暗吸附的60 min内吸附效果达到了24.98%,在降解过程中的自由基为O2-·。
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