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利用太阳能光催化分解水制氢是解决未来能源危机和环境污染的有效途径之一，因此受到学者们的广泛研究。硫化镉(CdS)因具有良好的能量带隙(大约2.4eV)和合适的导带位置等优点成为最受欢迎的材料之一。然而，严重的光腐蚀特性和较高的光生载流子复合速率限制了它的应用和发展。目前，将铂(Pt)纳米颗粒作为助催化剂负载到CdS表面，已被证明是一种非常有效的提高光催化制氢活性的方法。但是由于它的稀缺性和高成本使得不能广泛应用于光催化制氢领域，因此寻找一种低Pt量、高活性的催化剂极为重要。前期研究表明，Pt基合金作为助催化剂，不仅可以显著提高CdS催化活性，而且还可以减少Pt的使用量，降低催化剂成本。如果对Pt基合金纳米颗粒进行去合金化处理，能够提高Pt的利用率，且得到配位不饱和的Pt原子会成为催化活性中心，从而可以进一步提高催化性能。本论文采用CdS为基础催化剂，在可见光照射下，探究Pt基合金及其去合金化对CdS光催化分解水产氢性能的影响，具体研究内容如下：
1.PtNix合金及其去合金化对CdS光催化产氢性能的影响
采用溶剂热法制备PtNix合金纳米颗粒，通过光诱导沉积法负载到CdS表面，在300W氙灯(λ≥420nm)的照射下，以(NH4)2SO3作为空穴牺牲试剂，进行光解水产氢活性测试。结果显示，Pt3Ni/CdS产氢活性为40.03mmol·h-1·g-1(QE=44.9%，λ=420nm)，是Pt/CdS的1.8倍，是Ni/CdS的2倍。对Pt3Ni合金中加入过量浓HNO3进行去合金化处理，当去合金化时间为10h，d-Pt3Ni-10h/CdS产氢活性达到46.13mmol·h-1·g-1(QE=52.7%，λ=420nm)，是Pt3Ni/CdS的1.2倍，是Pt/CdS的2.1倍，表明去合金化技术可以进一步提高CdS的产氢性能。光催化活性提高的原因，是由于去合金化后Pt原子配位不饱和，处于亚稳态结构，增强了捕获电子的能力，从而可以促进载流子的有效分离。电化学结果表明，PtNix纳米颗粒修饰CdS能够增强析氢电流密度，降低析氢过电位。SEM和TEM显示，CdS和Pt3Ni合金分别呈现叶子状和多面体形貌。PL图谱和I-T曲线显示，d-Pt3Ni-10h/CdS具有最弱的荧光强度、最长的荧光寿命及最强的光电流强度，表明d-Pt3Ni-10h纳米颗粒修饰CdS能够更有效提高光生载流子的分离效率，促使它们复合最小化，从而提高产氢活性。
2.PtCox合金及其去合金化对CdS光催化产氢性能的影响
本章引入Co元素作为Pt基合金的第二种金属，采用溶剂热法制备PtCox合金纳米颗粒，并作为助催化剂修饰到CdS表面。在可见光下Pt3Co/CdS产氢速率为45.09mmol·h-1·g-1(QE=46.0%，λ=420nm)，是Pt/CdS的1.8倍，是Co/CdS的2.7倍。对PtCox纳米颗粒去合金化处理后，d-Pt3Co-HNO3/CdS产氢速率达到48.66mmol·h-1·g-1(QE=54.4%，λ=420nm)，明显高于Pt3Co/CdS的光催化速率，是Pt/CdS的1.9倍，是Co/CdS的2.9倍，表明去合金化技术能够进一步提高CdS的产氢性能。d-Pt3Co-HNO3/CdS具有较高的光催化活性，是因为去合金化可以暴露出更多Pt的活性位点，能够捕获更多的电子，从而有效抑制光生电子和空穴的复合。电化学结果表明，电化学析氢活性与光催化产氢活性结果一致。XPS图谱表明，Pt3Co纳米颗粒与CdS之间形成肖基特势能，有利于光解水生成氢气。PL光谱和I-T曲线显示，d-Pt3Co-HNO3/CdS具有最弱的荧光强度和最强的光电流密度，表明光生载流子得到最有效分离，光催化性能得到显著提高。
3.PtNixCoy合金及其去合金化对CdS光催化产氢性能的影响
为了降低催化剂的成本，同时引入Ni和Co元素，采用溶剂热法制备PtNixCoy三元合金纳米颗粒。在可见光照射下，探究对CdS光解水产氢性能的影响。PtNi2Co/CdS和PtNiCo2/CdS产氢速率分别为35.42mmol·h-1·g-1和34.93mmol·h-1·g-1，明显高于单金属Pt/CdS、Ni/CdS和Co/CdS光催化剂。在去合金化后，d-PtNi2Co/CdS和d-PtNiCo2/CdS产氢速率分别是41.52mmol·h-1·g-1和44.94mmol·h-1·g-1，明显高于PtNi2Co/CdS和PtNiCo2/CdS的光催化速率。电化学结果显示，PtNixCoy纳米颗粒有助于提高CdS析氢电流密度，且能够降低析氢过电位。XRD图谱表明，PtNixCoy纳米颗粒在光解水产氢反应中倾向于优先沉积在CdS的(002)晶面。UV-Vis图谱显示，PtNixCoy/CdS在550-800nm范围内增强了对可见光的吸收。PL光谱和I-T曲线显示，d-PtNi2Co/CdS和d-PtNiCo2/CdS具有最弱的荧光强度和最强的光电流密度，表明光生电子和空穴复合达到最小化，光催化活性最高。
1.PtNix合金及其去合金化对CdS光催化产氢性能的影响
采用溶剂热法制备PtNix合金纳米颗粒，通过光诱导沉积法负载到CdS表面，在300W氙灯(λ≥420nm)的照射下，以(NH4)2SO3作为空穴牺牲试剂，进行光解水产氢活性测试。结果显示，Pt3Ni/CdS产氢活性为40.03mmol·h-1·g-1(QE=44.9%，λ=420nm)，是Pt/CdS的1.8倍，是Ni/CdS的2倍。对Pt3Ni合金中加入过量浓HNO3进行去合金化处理，当去合金化时间为10h，d-Pt3Ni-10h/CdS产氢活性达到46.13mmol·h-1·g-1(QE=52.7%，λ=420nm)，是Pt3Ni/CdS的1.2倍，是Pt/CdS的2.1倍，表明去合金化技术可以进一步提高CdS的产氢性能。光催化活性提高的原因，是由于去合金化后Pt原子配位不饱和，处于亚稳态结构，增强了捕获电子的能力，从而可以促进载流子的有效分离。电化学结果表明，PtNix纳米颗粒修饰CdS能够增强析氢电流密度，降低析氢过电位。SEM和TEM显示，CdS和Pt3Ni合金分别呈现叶子状和多面体形貌。PL图谱和I-T曲线显示，d-Pt3Ni-10h/CdS具有最弱的荧光强度、最长的荧光寿命及最强的光电流强度，表明d-Pt3Ni-10h纳米颗粒修饰CdS能够更有效提高光生载流子的分离效率，促使它们复合最小化，从而提高产氢活性。
2.PtCox合金及其去合金化对CdS光催化产氢性能的影响
本章引入Co元素作为Pt基合金的第二种金属，采用溶剂热法制备PtCox合金纳米颗粒，并作为助催化剂修饰到CdS表面。在可见光下Pt3Co/CdS产氢速率为45.09mmol·h-1·g-1(QE=46.0%，λ=420nm)，是Pt/CdS的1.8倍，是Co/CdS的2.7倍。对PtCox纳米颗粒去合金化处理后，d-Pt3Co-HNO3/CdS产氢速率达到48.66mmol·h-1·g-1(QE=54.4%，λ=420nm)，明显高于Pt3Co/CdS的光催化速率，是Pt/CdS的1.9倍，是Co/CdS的2.9倍，表明去合金化技术能够进一步提高CdS的产氢性能。d-Pt3Co-HNO3/CdS具有较高的光催化活性，是因为去合金化可以暴露出更多Pt的活性位点，能够捕获更多的电子，从而有效抑制光生电子和空穴的复合。电化学结果表明，电化学析氢活性与光催化产氢活性结果一致。XPS图谱表明，Pt3Co纳米颗粒与CdS之间形成肖基特势能，有利于光解水生成氢气。PL光谱和I-T曲线显示，d-Pt3Co-HNO3/CdS具有最弱的荧光强度和最强的光电流密度，表明光生载流子得到最有效分离，光催化性能得到显著提高。
3.PtNixCoy合金及其去合金化对CdS光催化产氢性能的影响
为了降低催化剂的成本，同时引入Ni和Co元素，采用溶剂热法制备PtNixCoy三元合金纳米颗粒。在可见光照射下，探究对CdS光解水产氢性能的影响。PtNi2Co/CdS和PtNiCo2/CdS产氢速率分别为35.42mmol·h-1·g-1和34.93mmol·h-1·g-1，明显高于单金属Pt/CdS、Ni/CdS和Co/CdS光催化剂。在去合金化后，d-PtNi2Co/CdS和d-PtNiCo2/CdS产氢速率分别是41.52mmol·h-1·g-1和44.94mmol·h-1·g-1，明显高于PtNi2Co/CdS和PtNiCo2/CdS的光催化速率。电化学结果显示，PtNixCoy纳米颗粒有助于提高CdS析氢电流密度，且能够降低析氢过电位。XRD图谱表明，PtNixCoy纳米颗粒在光解水产氢反应中倾向于优先沉积在CdS的(002)晶面。UV-Vis图谱显示，PtNixCoy/CdS在550-800nm范围内增强了对可见光的吸收。PL光谱和I-T曲线显示，d-PtNi2Co/CdS和d-PtNiCo2/CdS具有最弱的荧光强度和最强的光电流密度，表明光生电子和空穴复合达到最小化，光催化活性最高。