CdS半導(dǎo)體光催化劑活性增強(qiáng)研究.pdf

1、環(huán)境問題和能源危機(jī)變得越來越嚴(yán)重，而通過光催化方法來降解污染物和制氫是一種很好的設(shè)想。充分利用可再生的太陽能來解決環(huán)境問題和能源危機(jī)已經(jīng)成為全世界的研究熱點(diǎn)。半導(dǎo)體光催化被認(rèn)為是解決這兩大難題的有效方法。相比傳統(tǒng)的光催化劑如TiO2、 ZnO、ZnS等其他寬禁帶光催化劑，CdS具有優(yōu)良的可見光吸收性能，它的禁帶寬度為2.4 eV。CdS窄的禁帶寬度和負(fù)的導(dǎo)帶邊使它成為一種有前景的有機(jī)污染物降解和產(chǎn)氫的光催化材料。然而，作為光催化材料，它

2、有一些缺點(diǎn):
　　 一方面，光生電子和空穴復(fù)合快，導(dǎo)致對(duì)太陽光吸收的低量子效率;另一方面，硫化鎘的光穩(wěn)定性比較差?；谝陨蟽蓚€(gè)原因，硫化鎘的實(shí)際應(yīng)用被限制。金屬離子摻雜或者貴金屬沉積被認(rèn)為是有效的改性硫化鎘方法，而通過簡單的方法合成單一金屬元素?fù)诫s和沉積的研究很少;
　　 另一方面，通過調(diào)節(jié)CdS的空穴種類和濃度也可能達(dá)到改性該催化劑的目的，而相關(guān)的研究幾乎還處于空白階段。
　　 基于以上兩個(gè)原因，本文用簡單的一

3、步水熱方法合成了單一金屬Ag摻雜和沉積的CdS以及雙氧水調(diào)控硫空穴缺陷的CdS。具體如下:
　　 1、摻雜和同時(shí)沉積銀修飾的硫化鎘樣品通過一步水熱法簡單合成。眾多表征手段被用來證明摻雜銀和沉積銀的存在。與硫化鎘相比，改性的硫化鎘在模擬太陽光下的光催化降解有機(jī)物性能和產(chǎn)氫性能都有了明顯提高，銀鎘比為1∶50的改性樣品展示了最優(yōu)的光催化性能。光催化活性加強(qiáng)的主要原因是因?yàn)?，光生電子從硫化鎘的導(dǎo)帶快速遷移到表面的銀納米粒子，導(dǎo)致了光生

4、電子和空穴的快速分離。除此之外，改性樣品的穩(wěn)定性也很好，我們歸結(jié)于銀摻雜的原因:一方面，銀摻雜在價(jià)帶頂形成受主雜質(zhì)能級(jí)，空穴躍遷到受主能級(jí)導(dǎo)致了弱的空穴氧化能力從而保護(hù)硫離子;另一方面，銀硫鍵更加穩(wěn)定導(dǎo)致破壞銀硫鍵需要更大的能量。改善的光催化活性和穩(wěn)定性機(jī)理基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被提出，這個(gè)研究提供了一種簡單有效的方法合成高活性和穩(wěn)定性的硫化鎘光催化劑，并且有可能在實(shí)際中應(yīng)用。
　　 2、在水熱反應(yīng)中，通過加入雙氧水的多少來調(diào)控硫空穴缺陷

5、的數(shù)量，成功合成了富含硫空穴缺陷的硫化鎘樣品。XRD、SEM、BET、DRS、XPS、PL以及瞬態(tài)光電壓光電流用來表征合成的材料。相對(duì)于純的硫化鎘，加入雙氧水后，所有的表征均有比較明顯的變化，說明雙氧水對(duì)于硫化鎘有比較大的調(diào)控作用。通過XPS分析發(fā)現(xiàn)，加入雙氧水后樣品中歸屬于硫化鎘的硫與鎘的比例減小，這說明硫化鎘中的硫離子空位比純硫化鎘中多。光催化降解羅丹明B的實(shí)驗(yàn)證明，加入雙氧水后制備的樣品相對(duì)于純硫化鎘的活性明顯增強(qiáng)。我們把加入雙氧