過渡金屬氧族化合物的制備及其光學和催化性能.pdf

1、隨著化石燃料的枯竭以及由于其燃燒所帶來的日益嚴重的環(huán)境污染，使得世界各個國家都在投入大量的人力和資金用于尋找可替代清潔能源。氫能源是一種典型的清潔能源。將太陽能捕獲并其固定在化學能H2中，以H2的形式保存下來，H2作為太陽能能源載體，又具有可循環(huán)性。自從1972年日本科學家Honda和Fujishima發(fā)現在自然太陽光光照的條件下，TiO2可以將H2O分解成H2，從此便開創(chuàng)了新能源中光催化制氫領域。這項技術的關鍵是尋找一種高效、穩(wěn)定、環(huán)

2、境友好、成本低廉的光催化劑。
　　1)目前，助催化劑往往都是價格昂貴且儲量很小的貴金屬，例如Pt、Ru等，這給光催化技術的應用帶來一定的成本門坎。本文通過微波水熱法得到晶型良好的ZnxCd1-xS固溶體光催化劑。將NiS原位光沉積在固溶體的表面可以使催化劑的光催化產氫速率從385μmol/h增加到1.4 mmol/h，相應的表觀量子產率達到33.9％。然后通過一步熱溶劑法制備了Zn0.5Cd0.5S/MoS2異質節(jié)納米催化劑。由于

3、MoS2具有優(yōu)良的電子傳遞能力，因此，Zn0.5Cd0.5S在可見光照射下產生的光生光電子可以快速地遷移到MoS2顆粒表面，發(fā)生還原反應，生成H2，光生載流子分離效率得到了顯著提高，從而很大程度地抑制了電子與空穴復合幾率，增強了光催化性能。0.2 mol％負載的Zn0.5Cd0.5S/MoS2異質節(jié)納米催化劑的催化效率已經達到4.2 mmol/h，表觀量子產率(AQY)達到了46.32％。NiS和MoS2作為助催化劑的作用和貴金屬相似，

4、作為電子富集中心，增強光生電子與空穴分離使光催化效率得以提高。
　　2)使用硫代乙酰胺作為硫源和模板劑，成功地合成了粒徑可調，具有可見光響應的Cu2+摻雜ZnS納米球。Cu離子在ZnS晶格中并非是均勻分布，而是形成局域的Cu1-xZnxS固溶體，而固溶體又被ZnS基質分割開來。Cu2+0％摻雜ZnS，僅僅檢測到少量的H2，大約2.2μmol h-1，隨著Cu2+的摻雜濃度的增加，產氫的速率也是增加的，直到Cu-ZnS-0.5達到了

5、74μmolh-1。但是Cu2+的摻雜濃度超過0.5％后，產氫速率隨之降低，樣品Cu-ZnS-1就已經降低到3.5μmol h-1。0.1 wt％Ru負載之后的Cu-ZnS-0.5催化劑，光催化產率提高了大約13倍，達到了1.03μmolh-1，且表觀量子產率(AQY)達到了26.％。這項工作的意義在于尋找一種環(huán)境友好的可見光響應的光催化劑。
　　3)以形貌規(guī)整的Cu2WS4十面體催化劑作為模型，來研究通過控制晶體生長來調控催化劑

6、的光催化性能。作者發(fā)現，Cu2WS4十面體中光誘導的氧化腐蝕只發(fā)生在催化劑的{101}晶面，光催化還原反應發(fā)生在{001}面，也就是原位的貴金屬還原都沉積在{001}晶面。通過第一性原理計算得出了兩個晶面能帶結構的差異，正是這細微的差異導致了光生電子和空穴的空間分離。基于這一發(fā)現，通過調節(jié)光催化劑Cu2WS4十面體的{001}/{101}晶面比例，來調節(jié)催化劑的催化性能，并發(fā)現{001}晶面所占比例越大光催化活性越高，也就是說光催化還原

7、反應是整個光催化過程的速率控制關鍵步驟。這一發(fā)現，對硫化物光催化劑的設計和催化劑晶體生長調控具有一定的借鑒意義。
　　4)通過溶膠凝膠法制備了幾種新型的紅光、綠光、以及光譜可調（藍-綠）的熒光粉: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∶Ce