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《温州大学》 2016年
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一维超结构硫化物复合光催化剂的构筑及其性能研究

汪婷  
【摘要】:半导体异质结(n-n异质节,p-n异质结)具有特殊的能带结构,它能有效抑制光生电子和空穴的复合,因而成为光催化产氢的研究热点。其代表之一是以硫化镉作为异质结组分之一的光催化剂,因其满足了可见光光解水产氢的各项条件,该类材料的研究备受关注。一维纳米材料可以有效输运载流子,二维纳米材料具有大的比表面积。构筑能带结构匹配的一维/二维超结构异质结可以集成维度与异质结的优点,获得高效的光催化活性。然而,由于不同维度纳米单元间的生长模式差异,合成多维异质纳米结构材料仍是一个巨大难题。基于此,在本论文中,我们选取一维硫化镉纳米线作为载体,发展了两种新策略用于合成多维、多组分CdS基复合光催化剂,并系统研究了它们的光催化性能。主要内容包括:(1)利用CdS纳米线的空间限域效应及乙二醇络合剂对CdS中Cd~(2+)离子的释放调节作用,以InCl_3×4H_2O,L-半胱氨酸作为原料,通过溶剂热反应,在200℃下反应1小时成功合成了CdIn_2S_4/Cd S一维超结构。产物经XRD、FE-SEM、TEM、BET、XPS、ICP、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段详尽表征。光催化分解水产氢性能研究结果表明,相比较单一的Cd S纳米线、CdIn_2S_4片球,CdIn_2S_4/CdS一维超结构具有更高的光催化活性。CdIn_2S_4/CdS一维超结构进一步被构筑成光电极,在1 V(对可逆氢电极)电压下,能取得4.8 mA cm-2的可观光电流密度,性能位于最好的CdS基光电池之列。该研究不仅为构筑一维超结构提供了新策略,而且开发了高效的催化剂用于能源转化。(2)采用离子交换-催化生长路线,以CdS纳米线,CuCl_2×2H_2O,InCl_3×4H_2O,L-半胱氨酸为原料,乙二醇为溶剂,在200℃下回流反应50 min成功合成出CuInS_2/CdS一维超结构复合材料。产物经XRD、FE-SEM、TEM、XPS和ICP等技术表征。通过时间依赖的电镜观察及成分分析,系统研究了这种超结构复合材料的生长机理。该研究为设计多元、多维异质结材料提供了有益参考。
【学位授予单位】:温州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.36;TQ116.2

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