Ⅱ-Ⅵ族硫化物納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源短缺是21世紀(jì)人類面臨的兩大難題，光催化技術(shù)因其反應(yīng)速度快、條件溫、效率高和直接利用取之不盡的太陽能來源驅(qū)動反應(yīng)等獨(dú)特性質(zhì)，而成為解決這兩大難題的一種新型的綠色技術(shù)。Ⅱ-Ⅵ族硫化物中的CdS、ZnS作為典型的半導(dǎo)體材料，成為研究重點(diǎn)，CdS為窄帶隙半導(dǎo)體(2.42eV)，能響應(yīng)可見光，但其自身光生電子-空穴對分離效率低，并且存在光腐蝕現(xiàn)象，限制了其光催化活性;ZnS較寬的帶隙(3.7eV)，僅能被紫外光激發(fā)，限制了其可見光

2、的響應(yīng)，從而限制了其對太陽能的利用率。因此，以CdS和ZnS為基礎(chǔ)開發(fā)具有高效率、高穩(wěn)定性的可見光催化劑成為本論文的研究目標(biāo)。
　　 本文利用還原氧化石墨烯復(fù)合硫化鎘(RGO/CdS)、還原氧化石墨烯復(fù)合硫化鋅(RGO/ZnS)和ZnxCd1-xS三元固溶體等體系來提高該體系材料的可見光催化性能。
　　 1)采用微波法一步反應(yīng)制備了還原氧化石墨烯復(fù)合硫化鎘(RGO/CdS)納米材料，利用XRD、SEM、TEM、EDS、D

3、RS、Raman、XPS、FTIR等手段對樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、成分、形貌表征和光電流測試。研究結(jié)果證明反應(yīng)得到了還原氧化石墨烯(RGO)片層與CdS納米顆粒的復(fù)合材料，CdS納米顆粒均勻分布在RGO表面。以RGO/CdS為光催化劑，利用可見光降解羅丹明B測試結(jié)果表明RGO/CdS納米復(fù)合材料的光催化效率明顯高于純CdS，其中當(dāng)RGO復(fù)合量為10％時光催化效率最高，在80 min內(nèi)將RhB幾乎完全降解，循環(huán)試驗(yàn)證明樣品具有良好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表

4、明RGO的加入使得CdS納米顆粒的尺寸變小，拓寬了材料的光響應(yīng)范圍、增大了吸收強(qiáng)度、抑制了光生電子-空穴對的復(fù)合，從而提高了樣品的光催化活性和穩(wěn)定性。
　　 2)采用微波法一步反應(yīng)制備了還原氧化石墨烯復(fù)合硫化鋅(RGO/ZnS)納米材料，利用XRD、SEM、TEM、EDS、DRS、FTIR、Raman、電化學(xué)等手段對樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、成分、形貌表征和光電流測試。結(jié)果證明復(fù)合材料中ZnS納米顆粒為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過程中GO被還原

5、，直徑在50 nm左右的ZnS納米球均勻分布在RGO片層表面。RGO/ZnS復(fù)合材料光電流的顯著增強(qiáng)說明RGO片層與ZnS顆粒之間存在光生電子的有效傳遞。以RGO/ZnS為光催化劑，紫外光下降解RhB。實(shí)驗(yàn)證明RGO/ZnS具有較高的光催化效率，其中當(dāng)復(fù)合物中RGO含量為8％時樣品具有最高的光催化效率，循環(huán)實(shí)驗(yàn)證明材料具有較好的穩(wěn)定性，探討了RGO/ZnS光催化機(jī)理。
　　 3)在室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽中，以

6、硫氰酸鋅為鋅源，硫氰酸鋅為鋅源，采用微波法成功制備了ZnxCd1-xS固溶體納米材料，改變反應(yīng)物中Zn/Cd比來制備不同組分的固溶體。利用XRD、SEM、TEM、EDS、DRS等手段對樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、成分、形貌表征和光電流測試，結(jié)果表明得到的系列復(fù)合材料均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并且ZnxCd1-xS樣品的吸收帶邊均位于可見光區(qū)。盡管具有類似的尺寸和結(jié)構(gòu)，不同組分的ZnxCd1-xS固溶體光催化劑在可見光下對甲基橙(MO)溶液表現(xiàn)出不同的催化