多種金屬硫化物的設計合成與光解水性質研究.pdf

1、隨著能源緊缺和環(huán)境問題的日趨嚴峻，人們迫切需要尋求環(huán)境友好的新型能源。氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，在眾多的制氫的方法中，如何利用太陽能高效制備氫氣成為研究者的重點研究對象，異質結光催化劑具有特殊的能帶結構以及載流子輸送等特性，在光催化反應中能有效抵制光生電子和空穴的復合，從而提升量子效率，因此異質結在光催化領域得到了廣泛的研究。
　　基于此，本論文圍繞異質結納米材料光催化分解水制氫的問題，主要設計了以下幾個方面的研究

2、工作：
　?。?）利用真空高溫固相法合成了系列黃銅礦結構化合物及其異質結。諸如CuInS2、AgInS2、NaInS2、LiInS2、KInS2、ZnGa2S4（缺陷黃銅礦結構），以及異質結CuInS2-In2O3、AgInS2-In2O3、AgGaS2-Ga2O3。研究了它們的光解水制氫，并從一定的理論上論述了光解水產氫機理。研究發(fā)現(xiàn)，黃銅礦結構的硫化物大多都具有較低的帶寬，其水解水反應可以在可見光的條件下進行，然而其活性卻微乎

3、其微，通過對其做了幾種異質結之后，除了AgGaS2-Ga2O3，其它異質結的光解水活性也沒有顯著的提高，需要用另外的設計方法來制備活性較好的異質結。
　?。?）重點研究了ZnGa2S4及其相關的異質結。利用真空高溫固相法合成了一系列有關 ZnGa2S4的異質結，如 ZnS-ZnGa2S4、 ZnS-Ga2S3-ZnGa2S4、ZnS-Ga2O3-ZnGa2S4、ZnS+Ga2O3。研究了它們的光解水制氫活性，從一定的理論上論述了它

4、們的光解水產氫機理。通過研究發(fā)現(xiàn)，ZnGa2S4是一個具有紫外可見光光解水活性的有缺陷黃銅礦結構的硫化物，具有介孔的微米片，并且具有較高的光解水活性，其活性達到了參比試劑CdS的活性的10倍左右，通過對其做了幾種異質結后發(fā)現(xiàn)可以將只具有紫外活性的ZnGa2S4可以改性到具有可見光光解水活性，例如 ZnS-ZnGa2S4、ZnS+Ga2O3在可見光條件下能表現(xiàn)出良好的光解水活性。另外通過摻雜改性將一個只具有紫外光響應的半導體轉變?yōu)橐粋€具有

5、可見光響應的半導體，也就是對ZnGa2S4的固溶體ZnGa2(1-x)In2xS4研究，以及用CuGaS2對其進行進一步固溶研究，進一步提高了可見光的利用率。
　　（3）研究了明礬結構化合物 NaGa3(SO4)2(OH)6和H3OGa3(SO4)2(OH)6，利用水熱法來合成這兩種化合物，然后通過熱分解母體得到不同晶型的Ga2O3異質結，再研究熱分解產物的光解水活性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，熱分解得到的Ga2O3的晶型由伽馬相