ZnIn2S4光催化剂的改性及其制氢性能的研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:songfenhao3
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能源问题已经成为21世纪关注的重点问题之一,新能源的开发迫在眉睫,氢能作为一种绿色能源受到广泛研究。ZnIn2S4作为重要的Ⅱ-Ⅲ2-Ⅳ4三元硫化物半导体,其独特的晶体结构使其具有许多独特的光学和光电特性,具有合适的带隙宽度可响应可见光,并且具有相当好化学稳定性。但体相的ZnIn2S4电子-空穴对极易发生复合,电子利用率很低,限制其光催化产氢活性。为解决上述问题,采用表面修饰和异质结复合的方法对ZnIn2S4进行改性处理,研究了其结构,形貌及其性能的关系,并探究了改性后催化剂的催化机理。(1)通过简单的热回流法制备了超薄ZnIn2S4纳米片,探究了纳米层厚度对催化剂制氢性能的影响。实验结果表明,超薄ZnIn2S4纳米片的光催化制氢性能有所提升。其原因归结于超薄ZnIn2S4纳米片的电子更容易转移到材料表面参加制氢反应。在此基础上,对超薄ZnIn2S4纳米片进行Ni金属掺杂改性处理,发现其催化活性进一步增强,其原因归结于Ni离子的掺杂为提供了ZnIn2S4纳米片更多的活性位点,同时增加了ZnIn2S4纳米片的可见光吸收。(2)通过水热法和共沉淀法合成了CdS量子点/ZnIn2S4纳米花异质复合光催化剂,探究了CdS负载量对CdS/ZnIn2S4复合光催化剂光催化产氢性能的影响。实验结果表明,CdS/ZnIn2S4复合光催化剂表现出优良的光催化产氢活性,负载量最佳(0.01M CdS/ZnIn2S4)的光催化剂的产氢速率为2581μmol·g-1·h-1,约是纯CdS的30倍,约是纯ZnIn2S4的2.5倍。其原因是:CdS的负载,增加了ZnIn2S4的可见光响应;CdS量子点负载ZnIn2S4纳米花多级结构的形成,有效的增加了两个半导体界面接触,加速了两个半导体界面电荷的传递效率;typeⅡ型异质结构的成功构建,有效抑制了电子-空穴对的复合。
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