硫化锌基光催化材料的微结构调控

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环境污染及能源短缺引发的全球危机成为亟待解决的问题,半导体光催化技术能直接利用太阳能进行污染治理和清洁能源转换而被寄予厚望。Zn S作为直接带隙的宽禁带半导体,较高光生载流子产率和较负的导带电势使其备受关注。然而,相对较宽的带隙限制了Zn S对太阳光的有效利用,虽具有高光生载流子产率但分离效率不高,导致光量子效率不高。因此,本文开展了Zn S基半导体光催化材料微结构调控的研究,以期有效窄化其带隙、提高光生载流子的分离效率,构建高光催化性能的Zn S基材料并对光催化技术的推广应用提供有效的数据支撑。本研究以Zn S为研究对象,通过对其微结构调控然后与石墨烯复合,来拓展其光谱响应范围和提高光生载流子的利用率,其主要研究内容和结果如下:(1)改变锌源(氯化锌、乙酸锌、柠檬酸锌)和硫源(硫化钠、硫脲、巯基乙酸),通过微波水热法合成了片状、球状和西兰花球状硫化锌,并以罗丹明B为目标降解物评价光催化性能。以巯基乙酸和乙酸锌所合成的球状硫化锌的光催化性能最好,对10 mg·L-1的罗丹明B的光催化降解效率150 min达到100.0%,活性位点的增加和尺寸效应是其光催化性能提升的主要因素。(2)以改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)并采用原位水热还原制备了石墨烯复合硫化锌基光催化材料,探究了氧化石墨烯用量对复合材料光催化性能的影响。结果表明石墨烯的含量对产物的微观形貌有较大影响,当石墨烯添加量为0.2%时,所得产物为纳米团聚颗粒状,当添加量为1.0%时,产物为片状硫化锌组装成的微纳球。石墨烯的引入调控了RGO/Zn S的带隙,增大了其在可见光区的吸收,RGO0.2/Z n S光催化降解罗丹明B的性能较纯硫化锌提高了4 1.2%,石墨烯有效的吸附及优异的载流子迁移率是其光催化性能提升的主要原因。
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