基于二维纳米片状CdIn2S4光催化剂的可控制备及其光催化性能研究

作     者：徐家琛 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：应鹏展

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：CdIn2S4 光催化 产氢 掺杂 单原子 

摘      要：利用光催化分解水制氢被认为是解决目前环境污染和能源匮乏问题的有效策略。开发出稳定高效的半导体光催化剂是达成这一策略的关键。三元金属硫化物Cd InS具备良好的可见光吸收能力、合适的带隙和优良的稳定性等特点成为光催化析氢的优良候选材料。但Cd InS本身仍存在着载流子分离效率低、光还原能力差和活性位点少等问题亟待解决。本文以二维纳米片状Cd InS为光催化剂,通过Mo掺杂和单原子Pt负载等方式对其改性,从而提升其光催化产氢活性和稳定性,具体研究结果与结论如下:(1)以钼酸钠(NaMo O)为Mo源,利用一步水热法制备Mo掺杂Cd InS纳米片。合成的Mo-Cd InS光催化剂在模拟太阳光照射下,最高析氢速率达到7.35mmol gh,为纯相Cd InS的2.61倍。产氢速率的提升主要是由于Mo掺杂减小了Cd InS的带隙,大大拓宽了对可见光的吸收能力;此外,计算得出Mo-Cd InS的导带位置上移,电子还原能力大大地提高;最后,Mo-S键的形成加速了电荷转移,导致更多的电子在S活性位点聚集。(2)以氯铂酸(HPt Cl)作为Pt源,采用温和的光还原法将Pt以单原子形式,均匀地沉积到Cd InS纳米片表面,获得了性能优良的Pt/Cd InS光催化剂。在可见光(λ405 nm)辐照下,Pt/Cd InS的最高析氢速率为47.98 mmol gh,为纯Cd InS的11.7倍,并且其AQE最高在365 nm处为74.94%。光催化活性的显著增强主要是因为,原子级分散的Pt和Cd InS表面的S原子形成突出型Pt-S四面体结构,Pt可以作为产氢位点,增加了光催化析氢能力;并且单原子Pt的负载使得Cd InS的导带位置发生上移,较高的还原电位为Pt/Cd InS分解水生产氢气提供了更大的驱动力。最终光生电子会从S转移到Pt附近进行还原反应,促进了电荷分离,大大抑制了电子空穴的复合。该论文有图41幅,表4个,参考文献141篇。