Na-Cu-In-Zn-S五元硫化物固溶體的制備及光解水制氫性能研究.pdf

1、由于環(huán)境和能源問題的日趨嚴重,尋找到一種清潔可再生的新能源已成為人類關(guān)注的焦點和重大戰(zhàn)略。氫能作為一種可再生的清潔能源越來越受到人們的青睞,利用半導(dǎo)體光催化分解水制氫是獲取氫能的有效手段之一。納米ZnS因其價廉易得,且又具有半導(dǎo)體光催化劑的光電效應(yīng)和納米材料的量子效應(yīng)而倍受關(guān)注。但由于ZnS的帶隙為3.5eV,只能吸收太陽光譜中比例不足5％的紫外光。所以,本文的研究目的就是縮小ZnS的禁帶寬度,使其光響應(yīng)范圍擴展到可見光區(qū)域,提高其光催

2、化效率。
　　 本文以ZnS為主體,通過溶劑熱法制備了一種新型高效的五元硫化物固溶體光催化劑Na2x(CuIn)xZn3(1-x)S3。采用X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-光電子能譜(XPS)及紫外-可見吸收光譜(UV-vis)等分析手段對所制備的催化劑進行了表征,考察了不同的制備條件對光催化劑晶型結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過光解水制氫實驗,考察了化學(xué)計量比x值、溶劑熱反應(yīng)時間、犧牲劑濃度、光催化劑的用量和助催化

3、劑Pt的含量等因素對光催化劑產(chǎn)氫性能的影響,同時根據(jù)光催化反應(yīng)時間,考察了光催化劑的穩(wěn)定性。
　　 結(jié)果表明:所制備的固溶體光催化劑Na2x(CuIn)xZn3(1-x)S3的晶型結(jié)構(gòu)可隨光催化劑的組分改變而變化。而Na、Cu、In等元素的摻入在一定程度上也抑制了固溶體光催化劑晶粒的增長。同時,光催化劑的禁帶寬度亦可由光催化劑的組分來調(diào)控,使固溶體光催化劑的光響應(yīng)范圍擴展到可見光區(qū)。光解水制氫實驗表明:當(dāng)化學(xué)計量比x值為0.02

4、、溶劑熱反應(yīng)時間為30h、犧牲劑Na2SO3和Na2S的濃度分別為0.35mol/L和0.25mol/L、光催化劑的用量為0.3g,并在未擔(dān)載助催化劑Pt時,固溶體光催化劑Na0.04(CuIn)0.02Zn2.94S3的最高產(chǎn)氫速率為714.3μmol·h-1,較純ZnS的產(chǎn)氫速率(11μmol·h-1)提高了65倍。若擔(dān)載質(zhì)量分數(shù)為0.4％的助催化劑Pt,其最高產(chǎn)氫速率可達到785.7μmol·h-1,較未擔(dān)載Pt時光催化劑的產(chǎn)氫速