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纳米CdS复合材料的制备及其光催化性能研究

李坚  
【摘要】:光催化分解和降解有机有毒污染物具有较好的应用前景。硫化镉(CdS)作为一种半导体催化剂,具有禁带宽度较低(2.4eV)、可吸收可见光、光催化活性较高等特点,但CdS具有光腐蚀性,限制了其在生产生活中的广泛应用。本文针对CdS催化剂应用中存在的问题开展研究,通过制备CdS复合材料,提高其对可见光的响应和光催化效率;采用透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、荧光光谱(PL)等技术对该复合材料结构、形貌及其光学和可见光光催化性能进行了表征,主要研究内容和结果如下:(1)利用PVP分散作用成功制备了 CdS纳米颗粒。XRD图谱证实CdS为立方体晶相结构,TEM确定了 CdS的量子点尺寸,粒径为4-5nm。在可见光下CdS能光催化降解有机染料。采用TiO_2纳米颗粒合成钛矿相结构的TiO_2纳米管(TNTs),形成的中空管子直径约为10nm,长度超过l00nm。TNTs具有较大的比表面积和对紫外光有响应,在可见光照射下只存在吸附作用。使用化学沉淀法快速合成了 CdMoO_4微米空心小球,球体直径小于1 μm。CdMoO_4和TiO_2在可见光下没有催化性能,但吸附性能优于TiO_2纳米管。(2)采用化学沉积法成功制备CdS@TNTs。XRD测试表明CdS和TiO_2纳米管(TNTs)均制备成功,TEM和HRTEM图像证实CdS QDs成功附着在TNTs表面上。在模拟可见光照射下,评价了纳米复合材料光催化降解孔雀石绿(MG)的效果。研究了不同浓度CdS量子点修饰的TNTs光催化性能,其性能从高到低的依次为 10%CdS@TNTs、5%CdS@TNTs、15%CdS@TNTs、CdS 和纯相 TNTs。其中10%CdS@TNTs的光催化活性优于其他纳米复合材料。(3)采用化学沉淀法制备CdS/CdMoO_4空心微球复合材料,空心微球直径在lμm左右,表现出优异的吸附性能。CdMoO_4良好的光生电子转移性能使得CdS/CdMoO_4空心微球复合材料具备了高的催化性能和光稳定性。该复合材料在60 min内对亚甲基蓝光降解率达98.7%,且3次光催化实验重复性好。


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