ZnIn2S4基异质结构调变及其光催化制氢性能研究

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硫化铟锌(Zn In2S4)在众多可见光响应的光催化剂中备受关注,得益于其带隙合适、形貌可调、化学性能稳定等性质。但是,被广泛研究至今的Zn In2S4也并不是完美无缺的,如:光生载流子的分离效率低;硫化物不可避免的光腐蚀现象等。结合现状,我们综合分析各类助催化剂构筑异质结的机理以及各式微观异质界面的设计,开展了以下关于Zn In2S4基异质结构调变及其光催化制氢性能的主题研究。首先,从体相调变Zn In2S4(构建核壳异质结构)的角度入手,利用原位水热法将Cu InS2作为壳层紧密地生长在已制成的分层球状的ZnIn2S4核体表面,典型p型半导体CuInS2与n型半导体ZnIn2S4的异质界面构成p-n结。一系列结构表征证实了核壳结构的Cu InS2@ZnIn2S4材料的精准形成。增强的光催化产氢活性证实CuInS2@ZnIn2S4复合材料具有优异性能,最佳Cu/Zn比例的核壳异质材料的析氢速率为292μmol·h-1·g-1,是纯Zn In2S4的4倍。另外,通过光电化学性能表征手段对CuInS2@ZnIn2S4的性能增强的机制进行了探究,证实CuInS2@ZnIn2S4核壳结构具有优异的载流子分离效率和被拓宽的光吸收范围。另外,从表面调变ZnIn2S4的方案考虑,我们以溶剂热反应合成的洋葱状MoS2薄层纳米材料为种子,再与合成Zn In2S4的前驱体物种均匀混合,通过水热反应诱导ZnIn2S4的生长,合成了紧密的MoS2/ZnIn2S4异质结。一系列表征证实了MoS2和ZnIn2S4以2维-2维的方式紧密结合。在光催化性能方面,新型MoS2/Zn In2S4复合异质材料在可见光(λ≥420 nm)下的催化析氢速率(423μmol·h-1·g-1)是纯ZnIn2S4的4.6倍,复合材料的光催化性能增强作用机制被详细探究。
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