染料敏化硫化铟锡基复合材料的制备及其光催化性能研究

来源 :常州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_zengyang
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在现代化快速发展的进程下,生态环境的日益恶化和能源的急剧紧缺已成为人类生存和发展所必需面临的问题。随着研究领域的不断创新和发展,越来越多的新型技术可以用来解决上述提到的问题,其中光催化技术在处理水中污染物和光解水产氢方面具有很大优势。光催化技术可以将太阳能转化为化学能,是一种新型绿色清洁技术,氧化锌、二氧化钛等光催化剂也受到研究学者们的广泛关注,但由于只能响应太阳光中的紫外光,其能源仅占太阳光中总能源的4%,因此限制了其在光催化领域的应用。三元金属硫化物ABmCn(A=Zn,Cd,Cu,Ag,Sn等;B=Al,Ga,In;C=S,Se,Te)是一种新型硫属元素化物催化剂:窄带隙,高稳定性,方便的形貌控制,具有独特的光电性能和催化性能。其中SnIn4S8是一种典型的三元硫化物光催化剂,具有高效稳定的能力。然而,光生产电子和空穴对的快速重组是大多数半导体都具有缺陷,SnIn4S8也不例外。目前,诸如金属或非金属掺杂、纳米结构的调控、异质结构造和染料敏化等改性方法有效地抑制了光生电子与空穴之间的复合,而染料敏化改性SnIn4S8材料却未有报导,本论文主要用酞菁和方酸菁染料对SnIn4S8半导体进行敏化。本论文的总体研究内容细分如下:(1)采用溶剂热法合成SnIn4S8半导体材料,其形貌为花球状,选取分子内拥有共轭结构的方酸菁作为敏化剂,通过超声浸渍法制备了BSQ/SnIn4S8复合光催化剂。在扫描电镜和透射电镜的观测下发现,片层染料粘附于半导体表面,从而提高了光生电子的转移速率。在可见光条件下,用孔雀石绿作为待降解物,系统研究了半导体纯样和负载样的光催化性能。(2)在苯并吲哚方酸菁敏化SnIn4S8材料能提高光催化活性的前提下,继续研究共轭体系上不同的取代基团对光催化性能的影响,文中合成了系列对称型方酸菁染料如:吲哚方酸菁ISQ、甲基吲哚方酸菁MSQ、氟基吲哚方酸菁FSQ、羧基吲哚方酸菁CSQ和苯并吲哚方酸菁BSQ。以超声浸渍法制备了SQs/SnIn4S8复合光催化剂。用孔雀石绿作为待降解物,系统研究对比SnIn4S8和负载样的光催化性能,通过高斯计算得到各种染料的HOMO-LUMO能级并模拟得出电子云密度分布图,为深入研究催化剂的作用机理提供依据。实验结果发现,染料分子的共轭程度、能级匹配情况均会影响材料光催化性能。(3)选取拥有更大分子体系的酞菁染料作为敏化剂来改性SnIn4S8半导体材料,通过超声浸渍法制备CoTNPc/SnIn4S8材料,片状钴酞菁染料粘附于SnIn4S8花球表面。在可见光条件下,CoTNPc/SnIn4S8纳米复合光催化剂对孔雀石绿(MG)降解效率提高,并且复合材料的热稳定性有所提升。光催化研究结果表明CoTNPc/SnIn4S8复合物具有更强的光吸收性能,CoTNPc和SnIn4S8之间相匹配的能带位置有利于光催化活性的增强,并且材料经过循环实验后仍具有较好的光催化活性。(4)硫化铟锡基三元材料的制备与研究。氮化碳的合成以三聚氰胺为原料,氯化铵为膨松剂,在高温煅烧的条件下合成出剥离层的氮化碳,随后采用低温共沉淀法制得了SnIn4S8/g-C3N4复合材料,再用超声浸渍法合成CoPc@SnIn4S8/g-C3N4三元复合光催化剂。新型CoPc@SnIn4S8/g-C3N4三元复合光催化剂在具有降解污染物能力的前提下同时可运用于光解水产氢。最后深入研究CoPc@SnIn4S8/g-C3N4三元复合光催化剂的光催化机理。
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