ZnO及ZnS基光催化剂的设计及应用研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tiantangdaoguo
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在众多的光催化剂中,氧化锌(ZnO)和硫化锌(ZnS)因其较强的氧化还原能力以及结构稳定性,从而被广泛的研究和报道。但是由于他们的光生电子-空穴复合速率较高,对太阳能的吸收范围较窄,在一定程度上影响了其光催化性能。基于上述原因,本论文以ZnO和ZnS为基体设计并合成了三种光催化剂,系统地分析了提高复合材料光催化性能的方法,具体研究内容如下:(1)以有序介孔ZnO为基体,通过水热法合成了菊花状的有序介孔CeO2/ZnO复合材料。在制备的复合材料中,ZnO与CeO2之间形成了异质结,该异质结能够有效地促进光生电子-空穴的分离,从而增强样品的光催化活性。所制备的材料在光催化有机污染物降解的同时具有较好的产氢特性,在不添加牺牲剂甲醇的MB水溶液中,制氢率达到了21.19 mmol/g/h,约为在MeOH水溶液中的2.4倍,且光降解效率没有降低。(2)以金属有机框架材料ZIF-8为前驱体,采用原位硫化以及阳离子置换的方法得到CeO2/ZnS-CuS复合材料,相比于ZnO来说,ZnS具有更强的氧化-还原能力,且共催化剂CuS的引入进一步促进了光电子-空穴的分离。根据制备材料的光催化性能,确定了当CeO2的含量为10 wt%时,该复合材料具有最佳的光解水产氢效果,复合材料的产氢率高达13.463 mmol/g/h。(3)以金属有机框架材料MOF-5为前驱体,通过煅烧,将C掺杂到氧化锌的晶格中(C-ZnO),再通过光还原法将Cu单质沉积到C-ZnO表面上,铜单质显示出与贵金属相同的等离子体共振效应。纳米级的C-ZnO可以更好地改善光催化剂的光催化性能,C的掺杂能够使ZnO的价带位置发生改变,不仅有利于Cu2+的光还原,在C-ZnO上形成单质Cu,也有利于H+与ZnO导带上的光生电子(e-)反应生成氢气。另外,C的掺杂减小了氧化锌的带隙,使得光催化剂在可见光下表现出更好的光催化性能。铜的负载大大地提高了材料的光催化性能,当掺杂的铜含量为5 wt%时,其产氢率高达5.37 mmol/g/h,约为C-ZnO材料的6.6倍。
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