ZnO-ZnS-Ag2S核殼納米棒的制備、表征及光催化性能研究.pdf

1、本文采用低溫水浴與陽離子交換相結(jié)合的方法制備了ZnO納米棒、ZnO/ZnS核殼納米棒以及不同MS/ZnS摩爾比的ZnO/ZnS-MS(MS=PbS,PdS和Ag2S)核殼納米棒。采用XRD、SEM、TEM、EDX&mapping、XPS、UV-Vis DRS等方法對納米材料的形貌特征、表面組成、晶體結(jié)構(gòu)和光吸收性能進(jìn)行表征分析,考察了各個材料在紫外燈和氙燈照射下光催化甘油水溶液的制氫活性,并探討了光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)和制氫反應(yīng)機(jī)理。

2、>　　研究結(jié)果表明,ZnO/ZnS-MS核殼納米棒具有均勻的核殼結(jié)構(gòu),其核為直徑約為100nm的ZnO;殼層的厚度為20-30nm,是由直徑約5-8nm的ZnS-MS復(fù)合納米顆粒組成。隨著MS含量的不斷增加,核殼結(jié)構(gòu)表面變得粗糙不平,殼層顆粒聚集長大出現(xiàn)剝落,核殼納米棒的結(jié)構(gòu)坍塌;核殼納米棒殼層半導(dǎo)體材料界面間存在較強(qiáng)的化學(xué)作用,形成了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
　　半導(dǎo)體的復(fù)合作用以及兩相接觸界面形成的p-n異質(zhì)結(jié),有利于提高ZnO/ZnS-

3、MS的吸光性能,擴(kuò)展其吸光域。MS/ZnS比例過高對光吸收性能不利,這一方面是由于殼層顆粒長大降低了活性表面積,另一方面是由于顆粒長大及殼層脫落減小了界面異質(zhì)結(jié)的數(shù)量;半導(dǎo)體的復(fù)合作用和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在明顯改善了核殼納米棒的光催化活性,使ZnO/ZnS-MS表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于純ZnO/ZnS的紫外光和氙燈照射下的光催化甘油水溶液制氫活性。其中,ZnO/ZnS-Ag2S光催化材料表現(xiàn)出較高的產(chǎn)氫速率,在紫外燈和氙燈照射下的最大產(chǎn)氫速率分別可達(dá)49

4、42.9μmol·h-1·gcat-1和650.4μmol·h-1·gcat-1。
　　ZnO/ZnS-MS核殼納米棒光催化活性的提高主要是由于其擁有合適的能帶結(jié)構(gòu)和大量的p-n異質(zhì)結(jié),增加了光生電子-空穴的分離效率。在光輻射下,光生空穴將表面吸附的羥基自由基或者水分子氧化成具有較強(qiáng)的氧化性·OH,接著將甘油逐步氧化成CO2;光生電子被催化劑表面的H+獲得,發(fā)生還原反應(yīng)生成H2。這就增加了光生載流子的數(shù)量和壽命,抑制了光生載流子的