CdS、g-C3N4和Zn0.8Cd0.2S基光催化材料的设计合成及其产氢性能研究

来源 :北方民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tomato20099002
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本文通过引入非贵金属磷化物作助催化剂来减缓半导体催化剂电子-空穴的复合的效率,增加半导体材料光催化产氢的活性位点,提高捕获H+的能力和加快空穴氧化牺牲试剂的速率。磷化物作助催化剂不仅提高了光催化产氢活性,而且还从微观电子角度研究半导体内部电子转移的过程。主要的工作如下所示:
  1.以CdS半导体材料为基材,双金属磷化物WNi4P16作助催化剂,通过水热法和煅烧法成功合成新型复合材料WNi4P16/CdS,用来提高CdS的光催化产氢活性。在10%乳酸(体积分数)为牺牲试剂的的条件下,构建一个高效稳定的光催化产氢体系。通过进一步测试数据发现复合材料WNi4P16/CdS在以WNi4P16前驱体为0.7mmol的当量时,其4h产氢效率高达878μmol,这比纯CdS和纯WNi4P16光催化剂产氢量高出约11.2倍和109.7倍。这明显的证明了引入非金属磷化WNi4P16可以显著增强光催化产氢性能。此外,还通过XRD,SEM,XPS,紫外-可见漫反射,电化学响应,稳态荧光等一系列表征证明我们的测试结果,并且解释了WNi4P16/CdS复合材料的机理。
  2.通过水热法和研磨合成了具有均匀三维(3D)立方结构分布的协同复合材料g-C3N4/Cu3P/UiO-66。较大的球形颗粒(UiO-66)均匀分布在g-C3N4片状纳米材料上,CNCU-3的比表面积达到1002.08(m2/g),是基础材料g-C3N4的23倍。结果,加入Cu3P和MOFs可以有效地改善电荷转移和分离,并提高光催化剂的制氢活性。g-C3N4/Cu3P/UiO-66三元复合材料的光催化活性明显优于单体g-C3N4,二元g-C3N4/Cu3P和g-C3N4/UiO-66,特别是引入UiO-66氢气产量增加,五个小时内最大氢气产量达到79μmol。此外,XRD,SEM,TEM,PL,UV-vis,XPS证明,Cu3P有效地传导电子以促进电子转移,UiO-66提供大的比表面积。这些因素的协同作用在光催化活性中起关键作用。
  3.在双金属硫化物Zn0.8Cd0.2S上引入CoP,构建CoP/Zn0.8Cd0.2S协同体系。通过水热法和煅烧法分别合成Zn0.8Cd0.2S和CoP单体,然后进行严格而又复杂的研磨,最终成功合成新型复合光催化剂材料CoP/Zn0.8Cd0.2S。合成的新催化剂在10%乳酸为反应条件下,进行产氢测试发现以CoP的前驱体为0.5mmol当量时,复合催化剂的产氢活性达到最大4h349μmol,比纯Zn0.8Cd0.2S提高了2倍之多。XRD,SEM和XPS的表征结果表明,CoP/成功负载到CoP/Zn0.8Cd0.2S上且两者的复合后的形貌,晶形结构和复合化合价态都之前进行的研究调查吻合。荧光稳态光谱和电化学测试显示出复合材料CoP/Zn0.8Cd0.2S成功降低电子-空穴复合率,加快电子转移的速率,综合表明新型催化剂显示出优秀的光催化产氢活性。同时,基于CoP/Zn0.8Cd0.2S.协同体系提出电荷转移机制和产氢机理。
  
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