一維ZnS(Co)-C納米復(fù)合材料的可控合成及其可見光催化性能研究.pdf

1、ZnS是具有較大禁帶寬度的半導(dǎo)體光催化材料，但對太陽光的吸收主要在紫外區(qū)，對可見光的吸收利用極低，大大限制了其在光催化中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。一維碳材料（如CNT、CNF等）具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，如大的比表面積，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，較大的電子傳輸能力等。將半導(dǎo)體ZnS和碳材料復(fù)合在一塊，可以拓寬其光響應(yīng)范圍，提高其對可見光的有效利用率。在半導(dǎo)體表面沉積金屬納米粒子能夠加快半導(dǎo)體光生電子、空穴的分離，進(jìn)而顯著提高硫化鋅材料的光催化效率

2、。但大多數(shù)是使用Au、Ag、Pd和Pt等貴金屬，成本較高，且不能解決催化劑難回收等問題。本論文設(shè)計(jì)了用水楊酸根(Sal-)插層的層狀金屬氫氧化鋅（鈷）為前驅(qū)體，控制反應(yīng)條件，經(jīng)過原位固態(tài)反應(yīng)合成了一維ZnS/C和磁性ZnS/Co/C納米復(fù)合光催化劑，同時(shí)對其組成結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了研究。具體結(jié)論如下:
　　(1)通過一步沉淀法，利用金屬Zn2+和小分子Sal-陰離子之間的配位作用，在沒有模板劑和修飾劑的輔助作用下，合成了一維棒狀的以S

3、al-為配位陰離子的層狀氫氧化鋅，簡稱Zn-sal LHRs(Layered hydroxidenanorod)。該納米棒直徑約為100nm，形貌均一。以Zn-sal LHRs為前驅(qū)體，經(jīng)過原位硫化和碳化后，制得ZnS/C納米棒。通過控制熱分解的溫度，調(diào)控ZnS納米粒子的結(jié)晶度和尺寸大小，以及碳的石墨化程度。用SEM、FT-IR、HRTEM等表征方法對400℃下得到的一維ZnS/C納米材料的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該納米棒為多孔結(jié)構(gòu)，ZnS納

4、米粒子尺寸約為5nm，均勻分布于碳基底，ZnS納米粒子與碳層通過Zn-O-C鍵的強(qiáng)相互作用連接。碳表層具有大量的親水官能團(tuán)如羧基、羥基等，使納米棒表面具有了功能化。
　　(2)以層狀Zn1-xCox-sal LHRs為前驅(qū)體，通過原位硫化和高溫700℃固態(tài)熱解反應(yīng)，制得具有磁性的一維棒狀形貌的ZnS/Co/C納米復(fù)合光催化劑。熱轉(zhuǎn)化過程中無需添加還原劑，由小分子水楊酸自身熱解產(chǎn)生還原性氣體，將鈷離子還原為單質(zhì)鈷，并提供碳源。該納米

5、棒粒子尺寸均一，ZnS和Co納米粒子尺寸分別在15nm和20nm左右，緊密接觸分散于直徑約為100nm的高石墨化碳基底內(nèi)。利用前驅(qū)體層板上金屬鋅鈷離子比例的可調(diào)控性，可以人為調(diào)變產(chǎn)物組成比例，達(dá)到調(diào)控金屬鈷的沉積量和催化劑磁性大小的目的。
　　(3)以光催化降解亞甲基藍(lán)(MB)為反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，考察了一維ZnS/C和磁性ZnS/Co/C催化劑的可見光下催化性能，結(jié)果表明ZnS(Co)/C催化劑具有優(yōu)異的可見光催化活性。表明石墨碳的存在，