Enhanced Visible-Ligh T-Driven H2 Production from Water on Cadmium Sulfide Nanorods with Novel Cocatalysts Made of Earth Abunda.pdf

1、太陽能作為一種清潔、可再生的能源被認為是解決當前的能源與環(huán)境問題的有效能源。在眾多利用太陽能供能的策略中，光催化分解水制取氫氣引起了人們很大的關(guān)注，這主要得益于氫氣的存儲和運輸較太陽能更為便捷的優(yōu)點。另外，氫氣的燃燒熱值又高于其他化學品，且對環(huán)境零污染。硫化鎘(CdS)因其價格便宜且具有合適的可見光吸收帶隙而在光催化體系中被廣泛研究。然而，CdS又因其光腐蝕和光生電子空穴易復(fù)合的缺點導致其催化活性不高。貴金屬及其復(fù)合物被認為是高效的光催

2、化劑，但因其價格昂貴而限制了它的大規(guī)模應(yīng)用。本論文中開發(fā)了一系列高效的、穩(wěn)定且經(jīng)濟的光催化劑，這些催化劑主要由豐富的非貴金屬材料構(gòu)成。
　　第一部分主要討論了光催化產(chǎn)氫的重要性，同時又闡述了反應(yīng)機理以及開發(fā)高效的非貴金屬催化劑所面臨的挑戰(zhàn)。第二部分主要研究了鈷基雙配位配體作為分子助催化劑用于CdS納米棒光催化劑體系來提高催化產(chǎn)氫效率。助催化劑捕獲CdS導帶上的光激發(fā)電子，從而抑制CdS的電子空穴對的復(fù)合。該光催化劑體系展現(xiàn)出優(yōu)異的

3、催化性能，產(chǎn)氫速率達到550μmol h-1，并且能穩(wěn)定催化12小時以上。此外，利用紫外光譜和熒光光譜研究了鈷配合物和CdS納米棒之間的電子轉(zhuǎn)移過程，探討了增強光催化產(chǎn)氫效率的機理。
　　第三部分主要研究了Co-salen配合物和ZnO/CdS半導體異質(zhì)結(jié)復(fù)合體系協(xié)同催化產(chǎn)氫。掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)和X射線衍射(XRD)用于表征ZnO/CdS異質(zhì)結(jié)。ZnS的形成主要是

4、因為Na2S/Na2SO3在光照下犧牲體系中的電子。ZnS能通過與CdS之間的電荷轉(zhuǎn)移而提高催化產(chǎn)氫效率。基于研究得到的光譜數(shù)據(jù)，提出了兩個電子轉(zhuǎn)移路徑同時進行的光催化過程。
　　第四部分主要討論了NiSe作為非貴金屬助催化劑用于光催化產(chǎn)氫。首先通過簡單的液相反應(yīng)制備了NiSe/CdS納米棒復(fù)合物。熒光光譜和光電響應(yīng)實驗證明了NiSe和CdS界面的有效的電荷轉(zhuǎn)移過程。另外還研究了NiSe負載于ZnSe/CdS異質(zhì)結(jié)的協(xié)同催化效應(yīng)（

5、第五部分），利用XRD、TEM、TEM和XPS表征了催化劑材料。NiSe與ZnSe之間的協(xié)同效應(yīng)抑制了CdS的光生電子空穴的復(fù)合，從而顯著地提高了光催化產(chǎn)氫效率。第六部分研究了非貴金屬Ni3C/CdS復(fù)合物用于光催化產(chǎn)氫。利用熒光光譜和光電響應(yīng)實驗研究了Ni3C在提高催化產(chǎn)氫中的作用。研究表明，負載于CdS納米棒表面的Ni3C可以加速電荷轉(zhuǎn)移從而抑制光生電子空穴的復(fù)合?？傊?，基于不同的策略成功的制備了一系列非貴金屬催化劑用于提高光催化產(chǎn)