论文部分内容阅读
化石燃料的过度使用造成了严重的环境污染和能源危机，为了解决这些问题，科研人员一直致力于寻找一种绿色可持续发展的新技术。光催化技术具有高效、绿色等优点，在污水和空气治理以及能源转换方面表现出巨大应用潜力，因而受到了广泛关注。光催化技术的核心是半导体催化剂，对于传统的半导体催化剂，例如TiO2、ZnO和ZnS等，虽然具有原料丰富、合成成本较低等优点，但是这些半导体光催化材料的带隙宽，对可见光的吸收率较低，所以光催化效率低。因此，制备可见光驱动的具有高催化活性的光催化剂成为材料化学领域中的一个重要研究课题。
硫化锌镉（ZnxCd1-xS）是硫化锌与硫化镉的固溶体，具有可调控的带隙宽度以及良好的光学和电学性能，在光催化方面具有很大应用潜力。但是，硫化锌镉光催化材料快速的光生载流子复合速率和较低的太阳能利用率严重影响了其光催化活性。以往报道证明，构建异质结是一个有效手段。本学位论文采用不同的制备方法合成了一系列具有较高催化活性的ZnxCd1-xS基复合光催化材料。主要研究内容如下：
（1）采用分步合成法制备了MoS2/Zn0.5Cd0.5S/g-C3N4三元异质结复合光催化材料。MoS2/Zn0.5Cd0.5S/g-C3N4异质结可以有效促进光生载流子的分离和转移，显著提高Zn0.5Cd0.5S的光催化活性和稳定性。
（2）采用溶剂热法分别制备出Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒和雪花状的Cu2S，然后再通过简单的煅烧法制备了一系列Cu2S/Zn0.5Cd0.5S复合光催化材料。Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒分散在Cu2S表面，提高了Zn0.5Cd0.5S的分散性；另外，通过耦合Zn0.5Cd0.5S和Cu2S构建p-n异质结，提高了载流子的分离效率，从而增强了光催化产氢活性。
（3）采用水热法分别制备出了Zn0.1Cd0.9S纳米棒和FeWO4纳米片，然后再通过简单的煅烧法制备出一维Zn0.1Cd0.9S/FeWO4纳米棒复合材料。由于耦合了带隙较小的FeWO4，Zn0.1Cd0.9S/FeWO4复合材料表现出更宽的可见光吸收范围，可以利用更多的可见光；另外，一维纳米棒结构有利于电荷的快速传输，减缓了电子和空穴的复合速率，从而提高材料的光催化性能。
（4）采用溶剂热法制备了Zn0.1Cd0.9S/SnIn4S8核壳异质结光催化材料。SnIn4S8包覆着Zn0.1Cd0.9S纳米棒构建成一种特殊的核壳结构，这种结构有利于可见光的吸收和电荷的传输。另外，异质结的构建促进了光生电子和空穴的分离和转移，从而提高了光催化活性。
硫化锌镉（ZnxCd1-xS）是硫化锌与硫化镉的固溶体，具有可调控的带隙宽度以及良好的光学和电学性能，在光催化方面具有很大应用潜力。但是，硫化锌镉光催化材料快速的光生载流子复合速率和较低的太阳能利用率严重影响了其光催化活性。以往报道证明，构建异质结是一个有效手段。本学位论文采用不同的制备方法合成了一系列具有较高催化活性的ZnxCd1-xS基复合光催化材料。主要研究内容如下：
（1）采用分步合成法制备了MoS2/Zn0.5Cd0.5S/g-C3N4三元异质结复合光催化材料。MoS2/Zn0.5Cd0.5S/g-C3N4异质结可以有效促进光生载流子的分离和转移，显著提高Zn0.5Cd0.5S的光催化活性和稳定性。
（2）采用溶剂热法分别制备出Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒和雪花状的Cu2S，然后再通过简单的煅烧法制备了一系列Cu2S/Zn0.5Cd0.5S复合光催化材料。Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒分散在Cu2S表面，提高了Zn0.5Cd0.5S的分散性；另外，通过耦合Zn0.5Cd0.5S和Cu2S构建p-n异质结，提高了载流子的分离效率，从而增强了光催化产氢活性。
（3）采用水热法分别制备出了Zn0.1Cd0.9S纳米棒和FeWO4纳米片，然后再通过简单的煅烧法制备出一维Zn0.1Cd0.9S/FeWO4纳米棒复合材料。由于耦合了带隙较小的FeWO4，Zn0.1Cd0.9S/FeWO4复合材料表现出更宽的可见光吸收范围，可以利用更多的可见光；另外，一维纳米棒结构有利于电荷的快速传输，减缓了电子和空穴的复合速率，从而提高材料的光催化性能。
（4）采用溶剂热法制备了Zn0.1Cd0.9S/SnIn4S8核壳异质结光催化材料。SnIn4S8包覆着Zn0.1Cd0.9S纳米棒构建成一种特殊的核壳结构，这种结构有利于可见光的吸收和电荷的传输。另外，异质结的构建促进了光生电子和空穴的分离和转移，从而提高了光催化活性。