高效ZnxCd1-xS光催化半導(dǎo)體材料合成及性質(zhì)研究.pdf

1、全球性能源危機(jī)和化石燃料引起的日益嚴(yán)重的環(huán)境污染是人類生存和發(fā)展面臨的兩大問(wèn)題。光催化產(chǎn)氫將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為氫能源，具有環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)適用性，吸引了人們的廣泛關(guān)注。ZnxCd1-xS是一類窄帶隙半導(dǎo)體，具有很好的氧化能力和光腐蝕抵抗力，作為可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的光催化劑獲得了較為深入的研究，表現(xiàn)出較高的光催化產(chǎn)氫效率。然而，ZnxCd1-xS表面發(fā)生聚集促進(jìn)光生電子空穴復(fù)合，阻止了其光催化產(chǎn)氫效率的進(jìn)一步提升。通過(guò)負(fù)載助催化劑捕獲光生電子或空穴可有效

2、提高光催化產(chǎn)氫速率。
　　苝二酰亞胺類化合物(PDI)是一類具有較大的π-共軛結(jié)構(gòu)的分子，具有極高的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，作為光敏材料在熒光傳感器、液晶、超分子組裝體、太陽(yáng)能光伏和電子傳遞系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛研究。對(duì)PDIs的灣位置進(jìn)行取代，可顯著影響分子的HOMO、LUMO軌道能級(jí)，從而調(diào)控分子得電子的能力;而對(duì)酰亞胺位置的修飾可影響分子在固態(tài)中的堆積形式即分子間排列方式，從而調(diào)控分子間相互作用和電荷傳輸過(guò)程。
　　本論

3、文旨在通過(guò)控制合成具有特定結(jié)構(gòu)的ZnxCd1-xS半導(dǎo)體及PDI摻雜的ZnxCd1-xS半導(dǎo)體，研究結(jié)構(gòu)、PDI摻雜對(duì)ZnxCd1-xS半導(dǎo)體帶隙、光生電荷復(fù)合過(guò)程的影響，闡明可見(jiàn)光催化產(chǎn)氫的機(jī)理，制備高效的ZnxCd1-xS半導(dǎo)體光催化材料。論文主要包括三部分內(nèi)容:
　　第一章，緒論。概述ZnxCd1-xS固溶體作為光催化產(chǎn)氫材料的研究狀況、存在問(wèn)題;概述苝二酰亞胺衍生物的結(jié)構(gòu)、合成、性質(zhì)及應(yīng)用。
　　第二章，PDI摻雜的

4、ZnxCd1-xS半導(dǎo)體的制備、結(jié)構(gòu)及光催化產(chǎn)氫性能、機(jī)理的研究。合成了3個(gè)灣位置不同取代的PDI衍生物，并制備了相應(yīng)的PDI摻雜的ZnxCd1-xS納米復(fù)合材料。著重研究了x=0.5時(shí)，即PDI修飾的Zn0.5Cd0.5S半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和光催化性能。X-射線衍射等結(jié)構(gòu)表征和紫外可見(jiàn)漫反射光譜證明PDIs沒(méi)有對(duì)Zn0.5Cd0.5S的晶格內(nèi)部產(chǎn)生影響。透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)圖像同時(shí)驗(yàn)證了PDI分子與Zn0.5Cd0.5S顆粒

5、有緊密的接觸并且有較大的接觸面積。傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)和拉曼散射光譜說(shuō)明Zn0.5Cd0.5S與PDIs之間存在相互作用。N2吸附等溫線和相應(yīng)的孔隙大小分布曲線顯示摻雜PDIs后，反應(yīng)位點(diǎn)增多。瞬態(tài)光電流和電化學(xué)阻抗譜表明PDI摻雜有效抑制了光生電荷的復(fù)合，從而極大地提高了光催化產(chǎn)氫效率。通過(guò)對(duì)不同PDI摻雜結(jié)構(gòu)的比較研究，揭示了PDI與Zn0.5Cd0.5S之間的電子傳輸過(guò)程及光催化產(chǎn)氫機(jī)理。通過(guò)共軛小分子摻雜，有效抑制了