CuS-ZnS納米材料的調(diào)控合成及其光催化性能研究.pdf

1、如何解決能源短缺和環(huán)境污染問題是當(dāng)今世界面臨的巨大挑戰(zhàn)。光解水制氫是解決能源短缺的一種潛在有效手段，因?yàn)楣饨馑茪渲恍枰?yáng)光，催化劑和水。半導(dǎo)體ZnS在光激發(fā)下快速產(chǎn)生電子-空穴對(duì)且產(chǎn)生的光電子還原電位很低可以用于分解水制氫，因此受到了研究者的關(guān)注。但是ZnS的禁帶較寬，只在紫外光照射下才具有催化活性，故需要對(duì)其修飾使其在可見光下也具有良好的催化性能。本文通過窄禁帶CuS與不同形貌的ZnS復(fù)合，得到CuS/ZnS復(fù)合光催化劑，在沒有貴

2、金屬共催化劑存在下，CuS/ZnS復(fù)合光催化劑也具有很高的催化活性，可見光照射下(λ≥400nm）能快速分解含0.35MNa2S和0.25MNa2SO3的水溶液制取氫氣。而且循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明CuS/ZnS復(fù)合光催化劑具有很好的穩(wěn)定性。作為一種重要的酸性氧化物，W18O49因?yàn)楠?dú)特的結(jié)構(gòu)缺陷和穩(wěn)定的物理化學(xué)特性，成功用于探測(cè)器和紅外光吸收劑等，也是潛在的新型吸附材料。全文包括以下四方面的研究?jī)?nèi)容:
　　1.利用ZnCl2和硫粉在體積比為

3、1∶2的乙二胺和乙醇混合溶劑中的溶劑熱反應(yīng)得到球狀ZnS，并以其為前驅(qū)體在80℃的水浴中與Cu(NO3)2溶液發(fā)生離子交換反應(yīng)得到直徑為200-400nm的球狀CuS/ZnS復(fù)合光催化劑。HRTEM顯示直徑＜10nm的CuS納米粒子沉積在ZnS球表面。在可見光照射下，球狀CuS/ZnS復(fù)合光催化劑能快速分解水制氫。CuS含量為0.49％的CuS/ZnS復(fù)合球的光催化性能最優(yōu)，產(chǎn)氫速率達(dá)695.7μmol·h-1·g-1，是CuS和ZnS

4、機(jī)械混合物的7倍。我們初步判斷光催化性能的提高源于CuS/ZnS的異質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的界面電子遷移。
　　2.以ZnCl2為鋅源，S粉為硫源，在體積比為1∶1的乙二胺-乙醇溶劑中通過溶劑熱反應(yīng)得到六方片狀ZnS(NH2CH2CH2NH2)0.5前驅(qū)體，該前驅(qū)體進(jìn)一步和Cu(NO3)2溶液的水熱反應(yīng)得到六方片狀CuS/ZnS復(fù)合光催化劑。當(dāng)CuS的含量為6.06mol％時(shí)，CuS/ZnS復(fù)合光催化劑的催化活性最高，產(chǎn)氫速率達(dá)1233.5μ

5、mol·h-1·g-1。
　　3.以醋酸鋅和硫脲為原料，通過在乙二胺水溶液中的水熱反應(yīng)合成了多層花狀ZnS(NH2CH2CH2NH2)0.5前驅(qū)體，通過前驅(qū)體和Cu(NO3)2溶液的離子交換反應(yīng)得到多孔納米片組成的多層花狀CuS/ZnS復(fù)合光催化劑。CuS含量為3.9mol％的CuS/ZnS復(fù)合光催化劑，產(chǎn)氫速率最快，達(dá)1206.2μmol·h-1·g-1。循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明CuS/ZnS復(fù)合光催化劑穩(wěn)定性良好。我們對(duì)可見光催化機(jī)理進(jìn)行

6、了初步探討，認(rèn)為納米片組成的多層結(jié)構(gòu)和界面電子遷移的共同作用提高了光催化活性。
　　4.利用WCl6在三甘醇中的溶劑熱反應(yīng)合成海膽狀W18O49。海膽狀W18O49的高比表面積和表面的氧缺位有利于有機(jī)染料的吸附。海膽狀W18O49及其300℃煅燒產(chǎn)物對(duì)亞甲基藍(lán)和羅丹明B的吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)。我們采用內(nèi)擴(kuò)散模型研究了海膽狀W18O49及其300℃煅燒產(chǎn)物對(duì)亞甲基藍(lán)和羅丹明B的吸附機(jī)理，發(fā)現(xiàn)吸附過程由表面吸附和粒子內(nèi)擴(kuò)散控