微波加熱快速制備光催化材料及其可見光光催化制氫性能.pdf

1、在核能、風(fēng)能、水力發(fā)電、光伏等諸多技術(shù)中，利用太陽能和半導(dǎo)體材料，將水光解制備氫氣的光催化反應(yīng)，是最理想的一種技術(shù)，因?yàn)樗吞柲芫≈唤摺⒂弥槐M;另外產(chǎn)生的氫氣不僅燃燒熱高，而且燃燒產(chǎn)物只生成水，整個過程綠色、環(huán)保。光催化反應(yīng)的核心是開發(fā)具有高活性的光催化材料。光催化技術(shù)面臨的主要問題是太陽光利用率低、載流子復(fù)合、穩(wěn)定性差等，一般人們的解決途徑是貴金屬沉積、增加光催化劑的比表面積、離子摻雜等。
　　微波加熱具有環(huán)保，便捷，高

2、效，節(jié)能等特點(diǎn)。不同于傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)的加熱方式，微波加熱可以實(shí)現(xiàn)對分子進(jìn)行均勻的加熱，從而導(dǎo)致所制備的材料具有結(jié)構(gòu)均勻的特點(diǎn)。本論文中，我們探索了采用微波加熱策略來制備CdS，g-C3N4，g-C3N4/Ni2P，并且探討了它們的光催化制氫性能。
　　本論文主要的研究內(nèi)容:
　　(1)微波加熱快速制備金屬硫化物光催化材料。以硫脲與乙酸鎘為前驅(qū)體，按一定摩爾比例混合，首先制備鎘-硫脲的配合物;然后對該配合物進(jìn)行微波加熱熱解。詳細(xì)

3、考察了微波加熱時間、硫脲∶乙酸鎘的摩爾比等因素對產(chǎn)物的相組成、形貌、光學(xué)吸收性能及光催化制氫性能的影響;并采用穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熒光光譜、光電化學(xué)性能等測試手段，詳細(xì)研究了影響產(chǎn)物光催化制氫性能的物理機(jī)制。研究結(jié)果表明，采用微波加熱策略，微波加熱5min即可以制備出六方晶型的CdS，延長微波加熱時間，可以顯著提升CdS的結(jié)晶性和光催化制氫性能。以Na2S(0.35 mol/L)和NaSO3(0.25 mol/L)作為犧牲劑，Pt為助催化劑，檢測

4、了硫化鎘在可見光(λ＞420nm)照射下的光解水產(chǎn)H2能力。當(dāng)硫脲與乙酸鎘的摩爾比例為6∶1，微波高火35min時，硫化鎘的光催化性能最好，它的產(chǎn)氫速率為70.6μmol· h-1。
　　(2)微波加熱制備具有寬吸收和高結(jié)晶性的g-C3N4光催化材料。首先以三聚氰胺為原料，采用馬弗爐加熱制備g-C3N4材料，然后再對所制備的g-C3N4進(jìn)行微波加熱處理。詳細(xì)考察了微波加熱時間、功率等因素對產(chǎn)物形貌、光學(xué)吸收性能及光催化制氫性能的影

5、響;通過掃描電鏡、透射電鏡對產(chǎn)物的形貌進(jìn)行了詳細(xì)的描述;并采用穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熒光光譜、光電化學(xué)性能等測試手段，詳細(xì)研究了影響產(chǎn)物光催化制氫性能的物理機(jī)制。研究結(jié)果表明，通過微波加熱對g-C3N4進(jìn)行加熱再處理，不僅使g-C3N4材料的表面產(chǎn)生許多站立的納米片結(jié)構(gòu)，而且大大拓寬了g-C3N4材料的光學(xué)相應(yīng)范圍，使其吸收邊由處理前的460nm紅移至近600nm。另外，處理后g-C3N4的結(jié)晶性大大提高。以三乙醇胺為犧牲劑，Pt為助催化劑，檢測了

6、樣品在可見光(λ＞420nm)照射下的光解水產(chǎn)H2能力。當(dāng)微波加熱時間為26min時制得的樣品的光催化性能最好，它的產(chǎn)氫速率為20.1μmol·h-1。
　　(3) g-C3N4/Ni2P復(fù)合光催化材料的光催化制氫性能。我們通過一步煅燒手段，成功將Ni2P原位生長、負(fù)載到g-C3N4表面。詳細(xì)考察不同Ni2P負(fù)載量對產(chǎn)物的相組成、形貌、光學(xué)吸收性能及光催化制氫性能的影響;并采用穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熒光光譜、光電化學(xué)性能等測試手段，詳細(xì)研究了

7、影響產(chǎn)物光催化制氫性能的物理機(jī)制。研究結(jié)果表明，Ni2P不僅可以作為非貴金屬助催化劑，顯著提升g-C3N4材料的光催化制氫性能;更重要的是，相對于貴金屬Pt助催化劑，Ni2P具有更好的光催化制氫的穩(wěn)定性，在24 h的長時間制氫反應(yīng)中，H2的產(chǎn)生速率無任何衰減;表明Ni2P是一種高穩(wěn)定性的非貴金屬高效制氫助催化劑。以三乙醇胺為犧牲劑，檢測了樣品在可見光（λ＞420nm）照射下的光解水產(chǎn)H2能力。當(dāng)負(fù)載2％的Ni2P時，樣品的制氫性能最好，