以金属

花匠小妙招
2024-12-12 04:00

【摘要】： 太阳光驱动的分解水制氢是当前生产氢能源最具有前景的方法之一。过渡金属硫化物由于其合适的禁带宽度以及宽的可见光吸收范围而成为一类理想光催化产氢催化材料,但由于单组分硫化物半导体用于光催化产氢存在一些问题,比如光化学稳定性、能量不匹配、电子空穴易于复合,因而,有必要通过半导体改性构筑高效的复合硫化物光催化剂。与传统无机半导体材料相比,金属-有机框架材料(MOFs)具有优异化学物理性质,且在其骨架中金属节点被有机配体高度有序间隔开,易于实现衍生化,而在光催化产氢领域具有广阔的应用前景。利用MOFs材料为前驱体,可在分子水平上简单且有效地设计并构筑具有可调变功能性的新型复合光催化材料。且此类MOFs多孔衍生物基光催化材料具有较高的比表面积,充分暴露的反应位点,可调控的异质结界面及能带结构,方便了光生载流子与反应物之间通过孔结构充分接触,从而有效降低光生电子与空穴的复合,提高光催化产氢性能。本论文主要通过这一简单高效、分子水平上可控的MOFs前驱体法,设计并构筑新型硫化物复合光催化材料,用于光催化产氢反应。第一部分:采用核壳结构的MoS_2@Cd-MOF材料为前驱体,经硫化过程构筑了一种新型CdS/MoS_2异质结材料。由于Cd-MOF壳层厚度可控,经硫化后,被有机配体完全间隔开的高度有序的Cd~(2+)离子,可直接转化为CdS纳米颗粒,并在MoS_2花状片层结构上实现均一负载,与物理混合和沉积-沉淀法制备的MoS_2-CdS杂化物相比,这一异质结光催化材料具有大的比表面积,紧密结合且可控的的异质结界面,因而表现出更高的光催化产氢性能。优化CdS负载量,最高平均产氢速率可达5587μmol g~(-1) h~(-1)。采用PL光谱、莫特-肖特基曲线、光电流曲线、EIS曲线说明了CdS/MoS_2异质结中电子转移途径。第二部分:通过Zn-MOF/Cd-MOF复合物的硫化过程结合光辅助沉积技术构筑了一种新型MoS_2/ZnS-CdS复合光催化材料。其中,由于Cd原子半径较小,易与Zn-MOF发生离子交换,使得Zn与Cd元素可以均匀分散,实现一定程度原子尺度的混合,形成一定组分的Zn_xCd_(1-x)S固溶体界面。通过这一方法嵌入具有可调晶格常数和能带结构的界面结构,增强各半导体间的界面状态,从而加速载流子的分离与迁移。优化ZnS-CdS复合光催化材料中的Zn/Cd投料比,实现Na_2S/Na_2SO_3牺牲剂体系中,可见光辐照下最高平均产氢速率达5294μmol g~(-1) h~(-1)。光还原沉积MoS_2后,催化剂的稳定性及活性得以一定程度的提升。

【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019