硫缺陷型硫化物光催化剂的制备及其可见光催化性能

第1章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 研究背景简介 (2)

1.3 光催化分解水的基本原理 (3)

1.4 光催化剂性能的影响因素 (4)

（1）半导体的能带位置 (4)

（2）太阳光吸收效率 (4)

（3）半导体晶相结构 (5)

1.5 金属硫化物光催化材料 (5)

1.5.1 金属硫化物简介 (5)

1.5.2 硫化镉的制备方法 (6)

（1）液相合成法 (6)

（2）固相合成法 (6)

1.6 硫化镉的改性研究 (7)

1.6.1 元素掺杂 (7)

1.6.2 形成固溶体 (7)

1.6.3 构建复合材料 (8)

1.6.4 形貌调控 (9)

1.6.5 表面性能优化 (10)

1.7 缺陷的定义以及缺陷型硫化物的研究进展 (10)

第2章实验部分 (13)

2.1 实验试剂与仪器 (13)

2.1.1 主要实验试剂 (13)

2.1.2 主要实验仪器 (13)

2.2 样品制备方法 (14)

2.2.1 氟掺杂硫缺陷CdS1-x-F的制备 (14)

2.2.2 硫缺陷ZnIn2S4-x的制备 (14)

2.2.3 硫缺陷CdIn2S4-x的制备 (15)

2.3 样品表征测试 (16)

万方数据

2.3.1 X射线粉末衍射（XRD） (16)

2.3.2 热分析（TGA-DTA） (16)

2.3.3 比表面积（BET） (16)

2.3.4 X射线光电子能谱（XPS） (16)

2.3.5 拉曼光谱分析（Raman） (16)

2.3.6 紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS） (17)

2.3.7 荧光光谱（PL） (17)

2.3.8 光电流测试 (17)

2.3.9 莫特-肖基特（Mott-Schottky） (17)

2.3.10 光催化分解水产氢 (18)

第3章氟掺杂硫缺陷CdS1-x-F的性能研究 (19)

3.1 引言 (19)

3.2 表征与性能 (20)

3.2.1 XRD分析 (20)

3.2.2 BET分析 (21)

3.2.3 Raman分析 (22)

3.2.4 XPS分析 (22)

3.2.5 UV-vis DRS分析 (26)

3.2.6 Mott–Schottky测试 (27)

3.2.7 PL和光电流响应分析 (28)

3.3 光分解水制氢性能的研究 (29)

3.4 小结 (31)

第4章硫缺陷ZnIn2S4-x的性能研究 (33)

4.1 引言 (33)

4.2 硫缺陷型三元硫化物ZnIn2S4-x的性能研究 (34)

4.2.1 XRD分析 (34)

4.2.2 BET及孔径分布分析 (35)

4.2.3 Raman分析 (35)

4.2.4 TGA-DTA分析 (36)

4.2.5 XPS分析 (37)

4.2.6 UV-vis DRS分析 (39)

4.2.7 Mott–Schottky测试及能带结构分析 (39)

4.2.8 PL及光电流响应分析 (41)

万方数据

4.3 光解水产氢性能分析 (42)

4.4 实验小结 (43)

第5章硫缺陷CdIn2S4-x的性能研究 (45)

5.1 引言 (45)

5.2 硫缺陷型三元硫化物CdIn2S4的性能研究 (46)

5.2.1 XRD分析 (46)

5.2.2 BET分析 (47)

5.2.3 Raman分析 (47)

5.2.4 XPS分析 (48)

5.2.5 UV-vis DRS分析 (50)

5.2.6 Mott–Schottky分析及能带结构分析 (51)

5.2.7 PL及光电流响应分析 (52)

5.3 光解水产氢性能分析 (53)

5.4 本章小结 (54)

第六章论文总结 (55)

参考文献 (57)

致谢 (67)

Ⅶ

万方数据

Ⅷ万方数据

第1章绪论

1.1 引言

能源危机、环境污染、人口众多，是二十世纪后半页人类所经历最严峻的问题，同时也是二十一世纪全人类所面临着重大问题[1-3]。人类的现代化发展需要

消耗大量的能源，传统的能源物质（包括煤、石油、天然气）随着人类开采量地

日益扩大，已经不能维持人类社会的长远发展。根据最新报道，传统的化石能源

在全球所消耗的能源中所占的比例为80%～90%，而且在未来很长地一段时间内，化石能源仍将是人类现代化发展中最依赖的能源物质[1]。同时传统的石化能源的

过量使用是当前很多环境污染问题的万恶之源，在化石能源的消耗过程中产生了

很多的环境问题，譬如PM2.5、温室效应、水污染、酸雨等。这些多样地环境问

题现在变得日趋严重，已经严重威胁到全人类地生存与发展[4-6]。目前主要的发

达国家都在投入大量的资金和人力来针对性的解决能源危机和环境污染问题。因

此寻找出新型可再生地能源，已成为当下所有科学领域研究的热点之一。

太阳能是世界上最丰富地自然资源，其来源丰富、储量巨大、可再生，且不会造成对地球地环境的污染。总所周知，太阳能以太阳光的形式照射到地球表面，每秒钟到达地表的能量可达到1.7×107焦耳[7]。这使得太阳能在新能源中具有很

大的领先地位，成为代替传统化石能源最有潜力的可再生能源。

目前大规模的开发太阳能还没有进入实施，但是在很多地方地不同领域都在对太阳光进行充分的利用。太阳光地利用有以下形式：1、将太阳能转换为光能

和热能。例如：太阳能热水器、太阳灶等。2、将太阳能转换成为光电能。太阳

能发电的原理是在太阳光照射下半导体受到激发，可以引起半导体的电子和空穴

分离产生光生电子，从而了产生电流，工业上被称为―光伏发电‖。光伏发电有很

强的发展潜力，近年来半导体材料借助于新技术的进步而发展快速，其生产工艺

和技术已经相当成熟，应用条件也在日趋完善。3、将太阳能转换为化学能。简

而言之，就是将太阳能以光能的形式转化成为化学能，比如甲烷、氢能等，例如

植物的光合作用。但是，在目前科研领域来说，光合作用对太阳光地利用率任然

很低，转换效率目前还不到1%。因此，全世界的科研人员在思考一个问题—能

否模拟出来类似于光合作用地设备来利用自然界中的太阳光，将太阳光转换成为

我们所需要的化学能。在将太阳能转换为化学能的诸多方法中，有一种有效的途

径可产生一种高效、清洁、绿色的能源载体—氢能。

万方数据