纳米WO3复合光催化剂的制备及其产氢性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:userlyc
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纳米WO3半导体的禁带宽度约是2.6eV,具有物理化学性质稳定、无毒、光响应范围大、抗光腐蚀等诸多优点,是良好的光催化材料。但纳米WO3导带位置较低,光生载流子易复合及还原性能较弱等问题,影响了其光催化的效率与应用。针对上述纳米WO3存在的问题,本论文制备了纳米WO3复合光催化剂,并探究了其光催化产氢性能及光催化作用机理。(1)采用溶剂热法合成了ZnIn2S4纳米片/WO3纳米棒异质结,并探究了ZnIn2S4纳米片负载量对复合光催化剂材料光解水产H2活性的影响。实验表明,该复合光催化材料是二维ZnIn2S4纳米片和一维WO3纳米棒组成的独特三维异质结构,当ZnIn2S4:WO3(摩尔比)=2.5:1时,异质结的催化产H2活性最好,达到2920.17μmol·g-1,约是ZnIn2S4纳米片产H2率的2倍。复合光催化剂产H2活性提高的原因主要是构建的三维Z型异质结增强了对可见光吸收利用,提高了材料的比表面积和光生电子-空穴的分离率。(2)采用溶剂热法将ZnIn2S4纳米片负载在WO3纳米立方体上,构建了ZnIn2S4纳米片/WO3纳米立方体异质结,其产H2率高达9986.35μmol·g-1,是ZnIn2S4纳米片产H2率的6.8倍。和ZnIn2S4纳米片/WO3纳米棒异质结(ZIS-2.5/W)比较,其产H2率也提高了3.4倍。其光催化产H2活性提高可归因于ZnIn2S4纳米片的负载可以大大提高材料对可见光的吸收利用,同时Z型异质结的构建有效的抑制了光生载流子的复合,提高了电子-空穴的分离效率。(3)以Au纳米颗粒为电子传输介质,“水热-光沉积-溶剂热”三步法制备了ZnIn2S4-Au-WO3异质结,其产H2率高达25094.78μmol·g-1,约是ZnIn2S4纳米片产H2率的17倍,是ZIS-2.5/WNCs产H2率的2.5倍。这是因为Au纳米颗粒在WO3纳米立方体和ZnIn2S4纳米片之间起到了很好的电子传输作用,加速了电子和空穴的有效分离,从而提高了催化产H2活性。
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