L-胱氨酸辅助纳米硫化物的水热制备及可见光制氢研究

作     者：张利清 

作者单位：辽宁师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘美英

授予年度：2014年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：Mn-Cd-S固溶体 CdS ZnS L-胱氨酸 水热 H2 可见光 

摘      要：利用太阳光催化分解水制氢是人类从根本上解决能源与环境问题最理想的途径之一，而制约其规模化实用的瓶颈在于高效、稳定、经济的可见光催化剂的研制。由于S3p轨道能级比O2p轨道能级低，多数金属硫化物在可见区呈现强吸收，是一类潜在的可见光催化材料。L-胱氨酸具有-COOH、-NH2及-SH官能团，被认为是制备硫化物纳米晶体较理想的模板剂之一。本论文利用结构简单、经济、安全、环保的L-胱氨酸作硫源，在温和的水热条件下控制制备了Mn-Cd-S固溶体、CdS及ZnS等纳米结构材料，考察了Mn-Cd-S固溶体的可见光制氢活性及稳定性，取得如下主要成果： （1）以L-胱氨酸作硫源及模板，采用水热合成法在温和条件下（130℃、10h），制备了一系列高晶化度的六方纤维锌矿结构Mn-Cd-S固溶体催化剂。研究表明改变Mn-Cd-S固溶体的组成其能带结构随之改变，帯隙在2.18～3.54eV之间连续可调;可见光照射下、在Na2S-Na2SO3溶液的牺牲剂中，甚至无任何助催化剂的情况下，Mn-Cd-S固溶体均显示优于单独CdS的光催化分解水制氢性能;其中Mn0.24Cd0.76S的制氢活性最佳（10.9mmol h-1g-1），其表观量子产率达9.5%（420nm），并显示良好的稳定性及抗光腐蚀能力。 （2）以L-胱氨酸为硫源兼模板剂，在水/乙二胺的混合溶剂中，通过低温溶剂热技术制备了球状及棒状CdS纳米晶。通过调控锰源和硫源的物质的量比及摩尔浓度、水/乙二胺的体积比、反应温度以及反应时间可实现对CdS晶相及形貌的有效控制。 （3）以L-胱氨酸作硫源及结构导向剂，采用水热技术制备了立方相和六方相的ZnS纳米晶。通过调控原料的配比、反应温度及反应时间可实现对产物晶相、形貌及粒子大小的有效控制。