聚苯乙烯/氮化钼/硫化镉光催化剂的制备及其产氢性能研究

针对硫化镉(CdS)在水介质中光催化效率较低的问题,设计合成氮化钼(MoN)助催化剂。采用聚合法制备聚苯乙烯(PS)材料,将氮化钼/硫化镉(MoN/CdS)负载至PS表面,制备PS/MoN/CdS复合材料。通过XRD、TEM、BET和紫外可见漫反射光谱表征催化剂的理化性质,并分析催化机理。结果表明:PS/MoN/CdS复合材料的比表面积随着MoN负载量的增加,呈现先增加后减小的趋势,PS/MoN(2.5%)/CdS的SBET值达到最大为35.229 m2/g。PS/MoN(2.5%)/CdS的用量为0.15 g、pH值为5时,光催化产氢速率最高为542μmol/h,循环5次实验均达到470μmol/h以上,具有良好的稳定性。MoN与PS的界面接触较好,利于光催化反应中光载流子的传递,提高PS/MoN/CdS复合材料光催化产氢的效率。PS/MoN/CdS可以显著增加CdS的可见光吸收,且不改变CdS的固有能带结构,提供更多的反应活性位点,提高复合材料的电子和空穴的分离,增强光催化反应活性。     

NiCoP/CdS复合光催化剂的制备及其光催化产氢活性

为了提高CdS的产氢活性,采用溶剂热法制备了NiCoP/CdS纳米棒复合光催化剂。质量分数为3%NiCoP/CdS的产氢量达到47. 86 mmol/(g·h),是质量分数5%Pt/CdS产氢量的6. 9倍,是无助催化剂CdS的126倍。此外,NiCoP/CdS具有较好的光催化稳定性,在反应24 h后进行5次循环产氢测试,其产氢活性没有明显下降。稳态荧光光谱、时间分辨荧光光谱和瞬态光电流测试结果表明,复合后NiCoP/CdS荧光强度降低、荧光寿命减小、光电流增加,说明NiCoP的修饰能够有效促进光生电子和空穴的分离,进而提高NiCoP/CdS复合光催化剂的产氢活性。     

g-C3N4-CdS-NiS2复合纳米管的制备及可见光催化分解水制氢

光生电子-空穴对的快速复合是导致半导体光催化剂性能不佳的重要因素之一，构建异质结是分离光生电子-空穴对的有效方法。结合热缩合和两步水热反应构建了g-C₃N₄-CdS-NiS₂复合纳米管，并进一步研究了在可见光照射下不同CdS含量的g-C₃N₄-CdS-NiS₂分解水制氢的光催化性能。结果表明，当CdS含量为10%(质量)时，三元复合物的产氢速率最高(50.9 μmol·h^-1)，是纯g-C₃N₄纳米管的25倍，是g-C₃N₄-CdS和g-C₃N₄-NiS₂二元复合物的11倍。而且，经过五次循环光催化反应后，产氢速率保持不变。光催化制氢性能的提高主要源于g-C₃N₄、CdS与NiS₂形成的异质结促进光生电子和空穴的迁移及电子-空穴对的分离。     

基于希瓦氏菌基因工程菌制备集成催化剂及光催化性能

以希瓦氏菌基因工程菌（Shewanella oneidensis,SO）为生物模板载体，基于其过表达半胱氨酸脱硫酶的特性，利用外源添加半胱氨酸和镉离子在细菌表面合成并固定硫化镉纳米颗粒，再进一步负载氧化锌纳米颗粒，构建三元集成光催化剂（SO/CdS/ZnO）。采用SEM、TEM、EDX、XRD和XPS等技术对集成催化剂的理化性质进行充分表征；通过光催化降解染料实验评价其光催化性能。研究结果表明，CdS和ZnO纳米颗粒能够均匀负载在生物菌体外表面。所制备的集成催化剂能够有效光降解有机染料，并且锌源添加量对催化剂的降解效率有显著影响。当醋酸锌的添加量为0.22g时，集成催化剂的光降解效率最佳，有机染料在60min内光降解效率可达约100%。此外，集成催化剂重复使用5次后，光降解有机染料的效率仍能维持在80%左右。在有机染料降解过程中CdS纳米颗粒作为光吸收剂产生光生电子和空穴，而ZnO纳米颗粒抑制了光生电子和空穴对复合，双组分的协同作用提高了光降解效率。本文为构建多组分的集成光催化剂提供了简易可行的技术路线，证明了以基因工程菌为平台材料组装半导体纳米颗粒在光催化领域具有应用前景。     

CdS/r-TiO_2复合催化剂的制备及其在光催化分解硫化氢制氢中的应用

以钛酸四丁酯,乙酸镉为前驱体,以Na BH4为还原剂,采用溶胶凝胶辅助溶剂热法制备了负载CdS的还原TiO_2光催化剂(CdS/r-TiO_2),并运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见漫反射吸收光谱仪和X射线光电子能谱仪等方法探讨了CdS负载量及TiO_2还原对光催化分解H2S制氢的影响。结果表明:负载CdS可使催化剂的光响应区间拓展至可见光区,Na BH4还原可进一步增加样品对可见及红外光的吸收性能。负载CdS增加了催化剂分解H2S制氢的反应活性位点,并有利于光生载流子的分离传输,使材料的光催化活性大幅增加。当CdS负载量为5%时,CdS/rTiO_2在全光谱光照下的产氢速率达2.4 mmol·h-1·g-1。     

水热法制备CdS同质结及其在清洁能源生产中的应用

以CdCl₂·2.5H₂O和Na₂S·9H₂O为原料，通过一步水热法成功制备了c-CdS/h-CdS同质结。采用XRD、Raman、SEM、UV-Vis DRS、SPV等表征手段对样品的结构形貌、能带结构、光生电子和空穴的分离效率进行分析，以可见光为光源，考察样品光催化分解水产氢活性。研究结果表明，c-CdS和h-CdS的能带结构匹配，能够组成“II型”同质结，这种同质结能够提高光生电子和空穴的分离效率，进而提高光催化活性。在可见光分解水产氢实验中，c-CdS/h-CdS同质结样品的产氢速率高达1855μmol·(g·h)^-1，为纯c-CdS和纯h-CdS样品的1.6倍和2.5倍。     

氮元素掺杂CdS/TiO2复合光催化剂的制备及表征

以尿素(UA)和TiO_2-P_(25)为原料,经浸渍-焙烧制备出N-TiO_2,经水热法合成出CdS/N-TiO_2复合光催化剂。催化剂的分析表征结果表明,N进入TiO_2的晶格,占据了O的空位,由于N和O的电负性不同,使Ti周围的电子云密度变化;掺杂N后,TiO_2晶型未发生变化,电荷分离效率提高,吸收边发生红移;CdS/N-TiO_2复合光催化剂是CdS与N-TiO_2光学性质的综合表现,扩展了TiO_2的光响应范围,提高了电子-空穴的分离效率,颗粒分布均匀,有利于电荷传输,光催化活性提高,可见光催化分解硫化氢制氢速率可达10327.4μmol/(h·g),高于未掺杂改性的CdS/TiO_2。     

纳米CdS的制备及催化分解水制氢的研究进展

CdS作为典型的光催化半导体材料已经得到广泛的应用,然而,CdS存在光稳定性差、易发生光腐蚀以及产氢速率低等缺陷,限制了CdS的应用。本文综述了制备纳米CdS光催化剂的方法及其在光催化分解水制氢中的应用。     

配合法制备InNbO_4及其光催化活性的研究

以配合法制备InNbO4催化剂,研究了在甲醇为电子给体,Pt为助催化剂的条件下,InNbO4光催化分解水的产氢活性。并与固相合成法制备的InNbO4光催化活性进行对比。通过X-射线衍射和比表面分析对两种方法制备的催化剂进行表征。研究发现,在焙烧温度为900℃、时间为12 h时,配合法制备的InNbO4光催化产氢活性最高(87.27μmol),为固相合成法的2倍。     

In2O3/CdS复合物的制备及光催化性能

以氧化铟(In_2O_3)纳米球作为基体,采用水热法制备了氧化铟/硫化镉(In_2O_3/CdS)复合光催化剂,并利用XRD、SEM等对所制备复合光催化剂进行了表征。结果表明:复合光催化剂由立方相的In_2O_3纳米球和六方相CdS棒状结构组成,且In_2O_3纳米球附着于CdS棒状结构表面上。光学性能测试和光降解实验发现:所得复合光催化剂与纯In_2O_3和纯CdS相比,不仅光响应范围增加,而且光催化亚甲基蓝(MB)的活性也得到显著改善。当In_2O_3/CdS中n(In_2O_3)∶n(CdS)=1∶4时,光催化效率改善尤为明显,当复合催化剂的质量为0.05 g时,MB转化率达到96.2%;这可能是由于CdS接受In_2O_3表面上的光生电子,减少了光生电子与空穴的复合机会,因而提高了光催化降解能力。     

钛网上CdS纳米微球的制备及可见光下产氢性能研究

为了提高催化剂的光催化产氢能力,本文采用简单的水热法,在处理后的钛网表面生长了CdS纳米微球。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对样品的成分、结构、形貌进行了表征,并研究了其光电化学性能及可见光下光催化性能。结果表明,钛网上生长的CdS微球由纳米棒组装而成,通过缺陷调控,Cd/S物质的量之比为1∶1(CdS-1)的样品具有良好的光电响应,在零偏压下最大光电流约为140μA,可见光下的产氢率可达212.6μmol·h^-1·cm^-2,并且方便回收,是一种理想的光催化产氢材料。     

构建MoS2/Fe-g-C3N4异质结催化剂以促进其可见光催化产氢性能

以g-C_3N_4为基底,通过掺杂Fe元素,复合MoS_2的方法制备了具有多孔异质结结构的MoS_2/Fe-g-C_3N_4半导体材料,并测量了其光解水产氢性能,发现MoS_2含量为3%(以g-C_3N_4的质量为基准,下同)时,MoS_2/Fe-g-C_3N_4的光催化性能优异,其产氢速率达到48.2μmol/h,为g-C_3N_4的5.48倍。利用XRD、FTIR、SEM、TEM、XPS表征了催化剂的物化性质;利用PL、UV-Vis等方法表征了催化剂的光学性质。结果发现,Fe元素的掺杂使g-C_3N_4结晶度降低,并呈现一种交叉孔道结构,极大增加了催化剂的比表面积。同时,MoS_2可以与g-C_3N_4形成异质结结构,提高了MoS_2/Fe-g-C_3N_4的可见光吸收率以及光生电子-空穴对的分离效率,从而有效提高了MoS_2/Fe-g-C_3N_4光解水产氢的能力。     

CoB/Al2O3非晶态合金催化剂的制备及 在催化制氢中的应用

通过浸渍与化学还原相结合的方法制备了活性三氧化二铝负载CoB非晶态合金的负载型催化剂,并把该催化剂应用于硼氢化钠水解制氢反应。用SEM、XRD及BET等对三氧化二铝负载CoB非晶态合金催化剂的微观结构进行了系统表征,结果表明,非晶态合金CoB纳米颗粒能够均匀地分布于三氧化二铝表面,抑制了磁性纳米粒子CoB的团聚现象,显著提高活性组分CoB的分散度。产氢实验表明,具有高比表面积的负载型催化剂显著提高了硼氢化钠水解产氢速率, 经计算硼氢化钠催化水解反应活化能约为55.21 kJ/mol,明显低于基于非负载型CoB催化剂硼氢化钠催化水解反应的活化能（73.37 kJ/mol）。同时随着温度、负载量及催化剂用量的增加,产氢速率也随之增加,25 ℃时水解反应的产氢速率约为1.03 mL/（min·mol）。     

基于聚苯乙烯的硫化镉光催化剂的制备及其二氧化碳还原研究

制备了具有光催化活性的聚苯乙烯/硫化镉(PS/CdS)复合材料,并研究该光催化复合材料对二氧化碳的还原性能。结果表明:CdS成功地接枝到PS微球上制成了复合光催化材料。通过氮吸附测试检测发现,将CdS负载到PS上后复合材料比表面积变大,有利于光催化剂在水中发挥更好的光催化效率,实现将二氧化碳还原成甲酸和一氧化碳。荧光强度和紫外-可见漫反射检测表明,复合光催化材料在受到光照时能够更好地实现电子和空穴的分离,从而更有利于二氧化碳的还原。     

Al-MCM-41沸石负载纳米CdS光催化分解硫化氢制氢研究

采用离子交换-沉积法,制备出CdS／Al-MCM-41负载型光催化剂（CdS／M41）,利用UV—Vis、XRD、ICP—AES和SEM—EDS等测试手段对催化剂进行了表征。分析结果表明,CdS已进入Al-MCM-41孔道内;CdS为六方晶系,CdS的引入没有改变沸石骨架的有序结构及其形貌特征;UV—Vis吸收边出明显蓝移,是量子尺寸的体现。考察了不同反应介质中,CdS／M41光催化分解硫化氢制氢性能。实验结果表明,以0．35mol／LNa2S～0．25mol／LNa2SO3的混合水溶液为反应介质时,CdS／M41光催化产氢速率可达43．96mmol／g·h cat．（CdS）,是纯CdS光催化剂的9．85倍。     

Cu~(2+)掺杂ZnIn_2S_4多孔光催化剂的制备与光催化制氢性能研究

采用水热法制备出系列Cu2+掺杂的ZnIn2S4多孔光催化剂。通过XRD、SEM、UV-Vis、XPS等分析手段对催化剂进行了表征,考察了掺杂Cu2+浓度对多孔ZnIn2S4光催剂的形貌结构和可见光催化产氢性能的影响。实验结果表明,Cu2+掺杂会影响催化剂的晶体结构及其微观形貌,掺杂后的Zn In2S4光催化剂产氢活性显著提高,其中Cu2+(0.1%)-Zn In2S4光催化剂表现出最优产氢活性,产氢速率达到1967.4μmol/(h·g)。     

g-C_3N_4/MgAl-LDH异质结的构建及其光催化产氢性能研究

本论文提出通过原位一步水热法,以g-C_3N_4纳米片为模板,Mg(NO_3)_2和Al(NO_3)_3为前驱体制备得到g-C_3N_4/Mg Al-LDH复合异质结材料,并对其光催化分解水产氢性能进行评价。结果显示,异质结的构建为光生载流子的迁移和分离提供更多的高速通道。因此复合异质结样品在光催化产氢反应中表现出优异性能。其中CN/MgAl1.0复合样品表现出最佳的产氢活性,产氢速率达513.2μmol·g~(-1)·h~(-1),是单纯g-C_3N_4样品的8.8倍。     

固溶体CdxMn1-xS光催化剂的制备及光解水制氢

为了开发具有可见光响应的高活性光解水制氢催化剂,采用水热合成法制备了CdxMn1–xS固溶体光催化剂,通过X射线衍射、紫外–可见吸收光谱测试手段对所制备催化剂进行了表征。结果表明：CdxMn1–xS固溶体具有和CdS相似的结构,即六方相纤维锌矿结构,并且CdxMn1–xS固溶体在可见光下有很强的吸收,Cd0.34Mn0.66S,Cd0.48Mn0.52S及 Cd0.68Mn0.32S的禁带宽度分别为2.17、2.25和2.32 eV。光催化分解水制氢实验表明：催化剂制氢活性由大到小的顺序排列为：Cd0.48Mn0.52S,Cd0.34Mn0.66S,Cd0.68Mn0.32S,CdS,MnS。Cd0.48Mn0.52S产氢速率可达273.3μmol/h。     

Z型异质结In2O3/CdS的合成及光降解抗生素研究

为了拓展对可见光的吸收范围、抑制光生载流子的复合,并增强催化剂的光催化性能,通过将CdS原位生长于In_2O_3表面的方法制备出In_2O_3/CdS催化剂。结果表明:在可见光照射60 min后,In_2O_(3/)CdS异质结对盐酸强力霉素的去除效率达84.0%,远高于In_2O_3和CdS单体的降解效率,降解过程符合一级动力学。In_2O_3/CdS对盐酸强力霉素的降解速率常数为0.028 min~(-1),分别为In_2O_3和CdS单体的13.7倍和1.5倍。自由基捕获实验表明:·O_2~-和·OH是主要的活性基团,光催化性能的提高主要得益于Z型异质结的形成,有效加速了光生电子和空穴的转移和分离效率。     

WO_3/Cd_2SnO_4的制备及其光催化分解水析氧活性

采用固相反应法合成出尖晶石结构的Cd2Sn O4,进而在Cd2Sn O4粉体颗粒表面附着WO3,制成WO3/Cd2Sn O4异质结光催化剂。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计等对催化剂粉体进行了表征。在可见光模拟系统中以碘酸钾为电子捕获剂检测氧气生成速率,表征催化剂的光催化性能。结果表明:WO3附着在Cd2Sn O4颗粒表面有利于光生电子的转移和光解水析氧反应。WO3/Cd2Sn O4催化剂较之纯Cd2Sn O4催化剂活性显著提高。当WO3附着量为2.3%(质量分数)时,2.3%WO3/Cd2Sn O4光解水析氧速率可稳定在200μmol/(g·h)。