全光谱响应型Co2.67S4纳米粒子的制备及其光催化性能研究

作     者：吴珍珍 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁兴中;李慧

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：光催化 全光谱 Co2.67S4纳米粒 亚甲基蓝染料 

摘      要：由于日益严重的污染问题,旨在更好地利用太阳能并用于环境修复的光催化剂的研究正在蓬勃发展。迄今为止,光催化剂的响应大多局限在紫外光到可见光的范围内。近红外光在太阳光谱中接近44%,却很少被收集利用。因此高效全光谱响应型光催化剂的研发及其对污染物处理的应用现已成为热点。目前,过渡金属硫化物在能源、催化和电力方面具有独特而不可替代的裂解电子能力、磁性和光伏特性,其被认为是一种很有前景的候选材料。但是对CoS材料的大部分研究都集中在电化学上,较少用于光催化和废水处理。因此,本研究旨在研发一种新型的可在紫外光、可见光和近红外光波段响应的硫化钴光催化材料。使用一种简易温和的溶剂热法制备了CoS纳米粒,通过扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、UV-Vis-NIR漫反射光谱(UV-Vis-NIR DRS)等方法对合成样品进行了系统表征。而且研究了该纳米材料在紫外光、可见光和近红外光下对亚甲基蓝的光催化降解性能,并通过自由基捕获实验探究并验证了其光催化作用机理。另外,通过循环实验及表征结果说明CoS纳米粒具有良好的循环使用性和稳定性。结果表明,全光谱响应型CoS纳米粒在240200纳米范围内具有很强的光学吸收能力,覆盖了紫外、可见光和近红外波段,其可作为一种降解亚甲基蓝染料废水的光催化剂,并且该催化剂还未被发明使用过。粒径为5-20 nm的CoS纳米粒在紫外光、可见光和近红外光照射下对亚甲基蓝的降解效率分别为64%、84%和68%。机理实验表明,CoS纳米粒光催化降解亚甲基蓝的过程中Co/Co氧化还原电子对是主导机制,并且活性物种(·O,·OH)也起到了很重要的作用。硫化钴纳米粒的合成对于充分利用太阳能具有重要意义,并为利用全太阳光进行废水处理打开了一扇新大门。