CoSx/MoS2/g-C3N4复合材料的制备及其光催化性能研究

作     者：王雪飞 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡婕;马焕明

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 081705[工学-工业催化] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：光催化 助催化剂 石墨相氮化碳 二硫化钼 ZIF67衍生物 

摘      要：光催化技术在能源和环境领域有着重要的应用,因此高效的光催化材料具有重要的研究价值。g-CN光催化剂因其合成方法简便,低毒性,带隙合适而备受关注。但由于光生载流子分离能力差、比表面积小等问题使其应用受限。为解决上述问题,本文采用原位自组装的方法在片状的g-CN(CN)表面原位生长双助催化剂Mo S和Co Sx(ZIF67衍生物),成功制备出比表面积大、可见光利用效率高、电子转移速率快的Co Sx/Mo S/CN双异质结复合材料。主要研究如下:两种助催化剂与CN构成双异质结,三者之间协同作用会促进载流子的分离,扩大比表面积,改善光吸收,进而提高复合材料的光催化活性。光催化析氢测试结果显示,5%Co Sx/Mo S/CN-2光催化剂性能最好,析氢速率为9800μmol·h·g,分别为CN、Mo S以及Co Sx的6.5倍,46倍和98倍。DFT模拟计算了CN、Mo S和Co Sx能带结构,推测出三元体系遵循Ⅰ-Ⅱ型异质结电荷转移机制,深入探究了5%Co Sx/Mo S/CN样品光催化析氢的反应机理。进一步研究了5%Co Sx/Mo S/CN-2样品光催化降解有机染料的性能以及各种因素对降解速率的影响。确定可见光下三元复合材料光催化降解有机染料亚甲基蓝(MB)的最佳实验条件为:MB初始浓度为5 mg/L,催化剂投入量为10 mg,体系的PH=7。接着,利用液相色谱-质谱法探究了MB在光催化降解过程中分解所得的中间产物,解析其降解历程,分析反应机理。为研究催化剂的实用价值,在自然光照射下,利用5%Co Sx/Mo S/CN-2对5 mg/L的MB进行降解,结果3.5 h光照内降解率可达到99.85%,这表明该复合催化剂具有较好的实用性。同时,5次循环实验证实催化剂稳定性良好。