论文部分内容阅读
利用太阳能和半导体材料在水中进行光催化反应产生H2从而实现太阳能到化学能（氢能）的转化,被公认为是一种理想的生产可再生和清洁能源的技术。在过去的几十年里,太阳能光解水制氢研究得到了全世界范围科研人员的关注,被誉为是21世纪化学领域的―圣杯‖。然而,大多数的光催化剂半导体材料,在可见光下表现出很差的量子效率。为了实现光解水制氢技术的实际应用,如何提高光催化剂对太阳能的高效转换、提高光催化剂的稳定性是研究此领域的重点和难点。本论文选择具有可见光区响应的CdS作为基体,通过负载助催化剂来实现CdS光生电子空穴的有效分离和创造更多的反应活性位点来提高CdS的产氢量,同时有效提高CdS的光催化稳定性。重点探究了助催化剂促进光催化材料载流子分离的作用机理,主要内容包括以下三个部分。一是基于二维多元NiSx（OH）y纳米片具有丰富的表面反应位点和优良的载流子运输性能的特点,研究了NiSx（OH）y对CdS的助催化作用。首先,利用化学沉积法在CdS表面负载二维NiSx（OH）y纳米片,XRD、TEM和XPS研究发现,二维NiSx（OH）y纳米片的物相组成丰富,其组成成分为Ni（OH）2、Ni3S2和NixS6。通过光谱和（光）电化学手段研究NiSx（OH）y二维纳米片与CdS光催化材料之间载流子转移和分离情况。结果表明,在二维多元NiSx（OH）y纳米片中,Ni（OH）2作为空穴的储存中心,而Ni3S2和NixS6作为表面反应位点,可以有效促进CdS上的光生电荷转移和分离。由此,二维多元NiSx（OH）y纳米片可以使CdS的光催化产氢速率提高46.3倍,且将CdS的光催化稳定性从10 h提高到80 h。二是基于二维多元NiSx（OH）y纳米片,利用NH3热处理的方式,制备了Ni3N/Ni3S2助催化剂。首先通过化学沉积法在CdS表面负载二维NiSx（OH）y纳米片,获得NiSx（OH）y-CdS;接着将NiSx（OH）y-CdS在NH3气氛不同温度下热处理;随着热处理的温度逐渐的提高,NiSx（OH）y发生物相演化,当温度为400 oC时形成Ni3N/Ni3S2-CdS。通过荧光光谱测试发现,相比于NiSx（OH）y纳米片,Ni3N/Ni3S2可以更进一步促进CdS表面光生电子空穴的有效分离。光解水制氢性能测试表明,当Ni3N/Ni3S2修饰到CdS表面以后,产氢性能迅速提高,是NiSx（OH）y-CdS的2倍,是CdS的92.6倍。三是通过水热合成法在CdS表面负载了Ni9S8/β-NiS多元助催化剂。通过HER和OER测试发现,相比于单元β-NiS,多元Ni9S8/β-NiS不利于还原反应,但利于氧化反应。因为氧化反应是光解水制氢过程的决速步,使Ni9S8/β-NiS-CdS的光催化产氢速率是纯CdS的56.6倍,是β-NiS-CdS的1.8倍。