過渡金屬氧族化合物的制備及其光學(xué)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(yán)重的環(huán)境污染，使得世界各個(gè)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(xué)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(xué)家Honda和Fujishima發(fā)現(xiàn)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(lǐng)域。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)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(jià)格昂貴且儲(chǔ)量很小的貴金屬，例如Pt、Ru等，這給光催化技術(shù)的應(yīng)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(chǎn)氫速率從385μmol/h增加到1.4 mmol/h，相應(yīng)的表觀量子產(chǎn)率達(dá)到33.9％。然后通過一步熱溶劑法制備了Zn0.5Cd0.5S/MoS2異質(zhì)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(chǎn)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(yīng)，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(fù)合幾率，增強(qiáng)了光催化性能。0.2 mol％負(fù)載的Zn0.5Cd0.5S/MoS2異質(zhì)節(jié)納米催化劑的催化效率已經(jīng)達(dá)到4.2 mmol/h，表觀量子產(chǎn)率(AQY)達(dá)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(qiáng)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(diào)，具有可見光響應(yīng)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(zhì)分割開來。Cu2+0％摻雜ZnS，僅僅檢測(cè)到少量的H2，大約2.2μmol h-1，隨著Cu2+的摻雜濃度的增加，產(chǎn)氫的速率也是增加的，直到Cu-ZnS-0.5達(dá)到了

5、74μmolh-1。但是Cu2+的摻雜濃度超過0.5％后，產(chǎn)氫速率隨之降低，樣品Cu-ZnS-1就已經(jīng)降低到3.5μmol h-1。0.1 wt％Ru負(fù)載之后的Cu-ZnS-0.5催化劑，光催化產(chǎn)率提高了大約13倍，達(dá)到了1.03μmolh-1，且表觀量子產(chǎn)率(AQY)達(dá)到了26.％。這項(xiàng)工作的意義在于尋找一種環(huán)境友好的可見光響應(yīng)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(diào)控催化劑

6、的光催化性能。作者發(fā)現(xiàn)，Cu2WS4十面體中光誘導(dǎo)的氧化腐蝕只發(fā)生在催化劑的{101}晶面，光催化還原反應(yīng)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(jì)算得出了兩個(gè)晶面能帶結(jié)構(gòu)的差異，正是這細(xì)微的差異導(dǎo)致了光生電子和空穴的空間分離?；谶@一發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)光催化劑Cu2WS4十面體的{001}/{101}晶面比例，來調(diào)節(jié)催化劑的催化性能，并發(fā)現(xiàn){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(yīng)是整個(gè)光催化過程的速率控制關(guān)鍵步驟。這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)硫化物光催化劑的設(shè)計(jì)和催化劑晶體生長調(diào)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(diào)（藍(lán)-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