光催化技术自上世纪七十年代由日本科学家A. Fujishima提出以来已经经过了四十余年的发展。由于光催化技术能够有效地将分散的、低密度的太阳能富集转换为稳定的、高密度的化学能或电能而一度成为人们研究的重要课题,特别是在环境污染与资源短缺两大问题制约着人类发展的当下,光催化技术更是被寄予厚望,以期解决污水处理、空气净化等环境问题。但就目前来看,传统的光催化材料大多面临着光响应范围窄、光生电子空穴对易复合以及量子产率低的问题。因此如何拓展材料光响应范围以及提高光生载流子分离效率和光量子效率成为光催化技术要迈向实际应用所必须突破的壁垒。ZnS是一种极具研究价值的半导体光催化材料,但也存在光生载流子易复合以及由于带隙宽而导致太阳光利用率低的问题。因此对ZnS纳米材料的改性主要集中在提高电子(e-)-空穴(h+)对的分离效率和拓展光吸收两个方面。本论文着重从同种化合物异相结构的构筑,固溶体的形成以及元素掺杂三个角度出发对ZnS纳米材料进行改性。我们首先研究了异相结构的形成、以及相组成和两相界面对ZnS可见光光催化产氢活性的影响；然后我们从能带调控的角度对ZnS进行改性：通过与MnS形成固溶体,有效拓展了光吸收范围；通过Mn离子掺杂,研究了掺杂元素浓度对ZnS可见光光催化活性的影响,并且从光吸收拓展和光生载流子的有效分离两个方面探讨了掺杂元素Mn离子的作用；论文的主要内容如下：第一章中,我们主要对论文研究的基本背景进行了概述。阐释了半导体光催化的基本原理及其主要应用领域,分析了半导体光催化材料发展中所面临的诸多制约因素,并针对影响光催化活性的原因,总结了拓展光吸收、促进载流子分离以及提高光量子产率的材料改性方法。此外我们还简要介绍了ZnS纳米材料的结构、性质、应用以及制备方法,重点对硫化锌在光催化领域的应用、发展和存在的问题进行了分析。最后我们基于ZnS基纳米光催化材料的发展现状及存在的问题,提出了本论文的选题意义和主要研究内容。第二章我们通过高温水热的方法,以锌粉和硫粉为原料,在不同浓度的NaOH溶液中反应,得到了具有两相结构的ZnS纳米材料,随后我们通过XRD、SEM、TEM以及XPS等测试手段对所得样品进行表征,测试结果证明了样品中两相结构的存在。分析探讨了两相结构形成的原因以及反应体系中NaOH溶液浓度对产物相组成的影响。样品的光催化活性通过可见光条件下光催化产氢的效率来进行评价。实验结果表明以立方相为主体,六方相纳米片与之紧密结合的样品表现出了最佳的光催化产氢活性,说明两相的界面结合方式、相组成以及相转变过程对产物结晶性的影响均会影响材料的光催化活性。第三章中我们通过一步水热法合成了两种Mn-Zn-S的固溶体化合物,分别为立方相的Mn0.05Zn0.95S和六方相的Mn0.6Zn0.4S,随后我们对样品的晶体结构、形貌、光吸收性质等进行表征,并且通过可见光催化产氢以及可见光催化降解MB染料的实验来对样品的光催化活性进行了评价。实验结果表明立方相的Mn0.05Zn0.95S样品比六方相的Mn0.6Zn0.4S样品具有更优异的光催化活性,我们从样品的晶体结构、微观形貌、比表面积、Mn元素含量等角度对产物具有不同光催化性质的原因进行了分析：Mn0.6Zn0.4S样品中高浓度的Mn和Zn相互作用形成复合中心,加速光生载流子的复合,不利于光催化活性的提高；立方相的Mn0.05Zn0.95S样品中Mn离子含量较低,能够充当光生载流子的捕获电子或空穴,延长光生载流子的复合时间。此外Mn0.05Zn0.95S样品具有更大的比表面积和更负的价带位置,有助于光催化活性的提高。在这一章的最后我们进一步探讨了反应温度、原料配比等反应条件对产物的影响。第四章中我们选择乙醇和水的混合溶液作为反应体系的溶剂,通过溶剂热反应得到了掺杂浓度可调的Mn掺杂ZnS微米球；并探讨了掺杂浓度对样品的微观结构、光吸收、光催化活性等的影响,找到了Mn掺杂的最优比例。实验表明随着Mn离子掺入量的提高,样品表现出一定的可见光吸收,并且掺杂元素Mn的含量越高,可见光吸收越强；Mn离子掺杂浓度为7%的样品MZS7%与纯相ZnS的态密度计算结果对比表明掺杂元素Mn2+在ZnS半导体的禁带中形成了新的能级,新能级的形成一方面能够促进材料的光吸收,另一方面能够充当光生载流子的浅势捕获阱,促进光生电子空穴对的有效分离,有利于光催化活性的提高。从荧光光谱的测试结果我们可以看出在Mn2+的掺杂浓度较高时光谱的峰值增强,说明在掺杂量较大时,Mn2+会在半导体的禁带中形成深能级的电子或空穴捕获阱,抑制材料的光催化活性的提高。第五章进一步总结了论文的主要工作,对现有工作进行了梳理,分析讨论存在的问题,对下一步的工作进行了总结展望。总之,ZnS半导体作为一种优异的光催化材料,对其可见光响应范围拓展的研究有着非常重要的意义。相结构调控、固溶、异质元素掺杂均是半导体光催化材料改性的重要思路；MnS具有特殊的光吸收特性,并且与ZnS具有相似的晶体结构以及晶格参数,能够与ZnS形成固溶体,拓展其光吸收,提高光催化活性；Mn元素是重要的过渡金属离子,能够作为掺杂元素对母体物质的光吸收、光生载流子分离等影响光催化活性的要素产生影响,从而改善材料的光催化活性,这对于ZnS的改性研究也有着重要的意义。