【摘 要】
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进入21世纪,社会发展与环境保护之间的矛盾愈发突出,同时,能源危机问题也凸显出来。目前发展清洁能源技术是解决以上问题的有效方法,氢能作为一种绿色能源,燃烧热值较高,约为1.28×10~7J/m~3,燃烧产物无污染,被认为是最具有发展前景的清洁能源之一。光催化技术可利用太阳能分解水产氢,是一种极具发展前景的技术。石墨化氮化碳(g-C3N4)具有成本低、无毒、无害等优点,作为光催化材料具有良好的应用前
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进入21世纪,社会发展与环境保护之间的矛盾愈发突出,同时,能源危机问题也凸显出来。目前发展清洁能源技术是解决以上问题的有效方法,氢能作为一种绿色能源,燃烧热值较高,约为1.28×10~7J/m~3,燃烧产物无污染,被认为是最具有发展前景的清洁能源之一。光催化技术可利用太阳能分解水产氢,是一种极具发展前景的技术。石墨化氮化碳(g-C3N4)具有成本低、无毒、无害等优点,作为光催化材料具有良好的应用前景。然而,氮化碳材料的光量子效率低,电子空穴对复合率高,光催化性能仍难以满足产业化要求。目前的文献研究多集中在g-C3N4二元体系的构建,为进一步促进光生载流子的分离,提高光催化产氢性能,本文在二元合金体系的基础上引入第三相助催化剂构建三元催化体系,对其光解水产氢性能和机理进行了详细研究,并取得如下研究成果:(1)通过化学还原法将PdAg合金负载到g-C3N4纳米片上,当PdAg二元合金负载量为2 wt%时,复合样品有着最佳的产氢性能。在此基础上,用原位离子沉淀法将Ni(OH)2原位负载,合成Ni(OH)2/PdAg/g-C3N4三元复合光催化剂材料,形成三元复合体系。当Ni(OH)2的含量为5 wt%时,三元体系表现出最佳的产氢性能,产氢速率为2081.4μmol·g-1·h-1,为PdAg/g-C3N4二元体系的1.32倍。PdAg二元合金作为电子捕获剂,Ni(OH)2作为空穴捕获剂,使得电子与空穴之间存在一定的空间分离,抑制了光生电子空穴的复合,有利于提高石墨相氮化碳的光催化产氢活性。(2)采用超声化学法将过渡金属硫化物MoS2负载到2 wt%PdAg/g-C3N4样品上,构筑了MoS2/PdAg/g-C3N4三元复合体系。当MoS2的负载量为2 wt%时,三元体系的产氢性能达到最高,产氢速率为2467.98μmol·g-1·h-1,为PdAg/g-C3N4二元体系的1.56倍。PdAg二元合金与MoS2构成双电子捕获剂体系,抑制了光生电子空穴对的复合,有利于电子进一步转移到MoS2上,并在其边缘活性位点发生光催化反应,有效提高了氮化碳的光催化性能。(3)通过化学原位法成功合成了CdS/PdAg/g-C3N4三元复合光催化剂。复合样品表示出良好的光催化产氢性能,产氢速率为3098.3μmol·g-1·h-1,光催化性能为纯g-C3N4的968.2倍,同时在420 nm的特定波长下,其表观量子效率(AQY)可达9.6%。通过DRS证明了复合样品可见光区光吸收增强,且光响应范围增加,通过荧光光谱、表面光电压以及电子顺磁共振谱的表征,证明三元体系提高了光生电荷的分离效率,增加了载流子浓度。在此基础上,本文提出了CdS/PdAg/g-C3N4三元体系的光催化机理,PdAg二元合金作为电子传输通道,有利于g-C3N4上的电子向CdS转移,实现了高效光催化产氢。
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