化學本科畢業(yè)論文

1、化學本科畢業(yè)論文冷必辭紜乂學題目：金屬離子摻雜的硫化鎘光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能學院：化學化工學院專業(yè)：化學畢業(yè)年限：2013年6月30日學生姓名：連菊紅學號：200973010120指導教師：王其召金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能中文摘要環(huán)境惡化和能源危機是當前人類社會所面臨的兩個重大問題，利用可再生資源制備清潔無污染的氫能源是解決上述問題的有效途徑之一。在眾多的制氫方法中，由“Fujishima-Honda效應發(fā)展而來的多相光催化分解水技術日益受到廣泛關注。設計和制備能夠完全分解水的光催化劑材料，具有非常重要的理論現(xiàn)實意義。3+2+2+本文以NaS和NaSO為

2、電子給體,研究了Y、Ba、Sr摻雜對2233+CdZnS固溶體催化劑的光催化制氫性能的影響。以水熱法制備了Y、x1-x2+2+Ba、Sr摻雜CdZnS固溶體催化劑。借助X射線衍射儀(XRD)、漫反x1-x3+射(UV-Vis)、掃描電鏡(SEM)等手段對催化劑進行表征。結果表明，Y、2+2+2+2+Ba、Sr的摻雜對CdZnS的晶型沒有影響，在可見光下，Ba、Sr摻x1-x3+雜有效的提高了催化劑的產(chǎn)氫量，而Y的摻雜基本沒有改變催化劑的產(chǎn)氫2+2+量，主要是因為Ba、Sr摻雜有效地抑制了電子和空穴的分離，提高了光催化活性。關鍵詞:光催化;產(chǎn)氫；固溶體;水熱法；CdZnS;摻雜x1-x2金屬離子

3、摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能AbstractNowadays,itisveryurgentforhumanbeingstodevelopclean,nopollutinghydrogenenergy,sincetheenergyandenvironmentalproblemcausedbythelarge-scaleexploitationanduseoffossilenergy.Amongmanymethodsofhydrogenproduction,theheterogeneousphotocatalyticwatersplittingtechniquewhichw

4、asdevelopedfrom“Fujishima-Honda”isincreasinglyunderthespotlight.Itismeaningfultodesignanddevelopsolidphotocatalystswhichcanstoichiometricallysplitwaterintohydrogenandoxygen.3+2+2+Inthisthesis,theeffectsofY、Ba、Sriondopingonphotocatalytichydrogenevolutionoversulfidephotocatalystsfromaqueoussolution3+2

5、+2+containingNaSandNaS0asaelectrondonorwereresearched.Y、Ba、Sr223dopedCdZnSphotocatalystswerepreparedbyhydrothermalmethod.x1-xphotocatalystswerecharacterizedbyX-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscopy(SEM),UV-Visabsorptionspectroscope(UV-Vis).The2+2+resultsshowedthatBa、Sriondopingonphotocataly

6、stshadnoteffecton2+2+crystalstructure.ThemodificationofBa、Srdopingcanefficientlydepress110.10.9驟8therecombinationofelectronandhole.Keywords:photocatalytic;Hydrogenevolution;solidsolution;hydrothermalreaction;CdZnS;doping.x1-x3金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能目錄中文摘要2Abstract35第一部分綜述1.1課題背景5研究現(xiàn)狀61.2.1光催化

7、制氫的原理.6光催化分解水的基本步光催化分解水過程影響因素8光解水催化劑的研究現(xiàn)狀9硫化物型半導體光催化劑9第二部分實驗部分11主要化學試劑和儀器11主要化學試劑11主要儀器11催化劑的制備11CdZnS的制備14CdSrZnS的制TOC o 1-5 h z備120.10.050.85CdYZnS的制備120.10.050.85CdBaZnS的制備120.10.050.85催化劑可見光光催化反應12光催化反應系統(tǒng).12光催化反13第三部分催化劑的理化性質及光解水性14催化劑的表143.1.1掃描電鏡(SEM)X-射線衍射(XRD)153.1.3紫外-漫反射光譜(UV-vis)16制備的催化劑的

8、光解水性能16第四部分結論18參考文獻19致謝214金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能第一部分綜述1.1課題背景隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展,能源的需求量越來越大，然而,日益增長的能源需求,造成了能源供需矛盾加劇的局面，目前,我國能源的獲得主要以化石燃料為主,化石燃料燃燒所產(chǎn)生的污染物如CO、NO、SO、CH、煙塵、XXXXX飛灰和其它有機化合物等進入大氣后會造成嚴重的大氣污染。因此,尋找新的可再生能源是實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。可再生能源包括太陽能、風能、生物質能、氫能等,其中氫被公認是一種理想的燃料，熱值高達118.4kJ/g（石油的3倍），氫的燃燒產(chǎn)物為水，不會對環(huán)境

9、造成任何污染。傳天然氣，統(tǒng)的產(chǎn)氫方法采用電解水或熱解石油、這些方法需要消耗大量的電力或礦物資源，生產(chǎn)成本也普遍較高。因此，尋找新的產(chǎn)氫方法勢在必行。1972年Fujishima和Honda報道了利用TiO單晶電極通過光催化分解水產(chǎn)2開辟了一條制氫的便捷途徑。光催化分解水產(chǎn)氫氣反應條件溫和，生氫氣，通常在常溫常壓下進行，具有低能耗、無污染的特點。我國西部地區(qū)國土面積有600多萬平方公里，由于遠離海洋受海洋潮濕氣流影響很弱，全年中低云量較少，年光照時間在2000小時以上，因此太陽能資源較為豐富，如果將這些光能利用起來產(chǎn)氫，將可以大大緩解我國嚴峻的能源形勢。光催化劑是光催化過程的關鍵，而它的活性和穩(wěn)

10、定性又是光催化技術能否應用的一個重要因素。當前，研究的光催化劑主要分為兩類:可見光激發(fā)的光催化劑和紫外光激發(fā)的光催化劑。可見光在太陽光譜中所占比例為大約43%，為了能充分地利用太陽能，研究具有可見光活性的催化劑具有非常重大的意義。目前，研究較多的可見光催化劑包括:硫化物（CdS）、離子摻3+雜的半導體（如Fe/TiO）、復合半導體（如TiO/CdS）、染料敏化半導體22（EosinY-TiO）及新型可見光響應光催化劑（如HNbO/CdZnS層狀化246171-Xx合物）。紫外光激發(fā)的光催化劑包括:金屬氧化物（如Ti0）和金屬硫化物（如2ZnS）。對于金屬硫化物,研究最多的是CdS、ZnS及其固

11、溶體。CdS具有合適+的禁帶寬度（Eg=2.42eV）和帶邊位置（其導帶電位比氫電極電位E/負,HH25金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能而價帶電位則比氧電極電位E正），能夠被可見光激發(fā)而進行光催化分02/H20解水或降解水體中的有機污染物,具有很高的可見光活性,被廣泛地應用于2_2+光催化領域。然而,CdS中的S易被光生空穴氧化而發(fā)生光腐燭，同時,Cd被釋放到溶液中而引起環(huán)境的污染,這大大限制了它的應用。為了充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，科研工作者們做了很多改進。Li等設計了Pt-PdS/CdS光催化劑,4以NaS和NaS0為電子給體，可見光下量子效率達到了93%。Xu等發(fā)現(xiàn),

12、223少量的MoS作為共催化劑負載在CdS上，催化劑制氯活性較負載不同的貴2金屬（Pt、Ru、Rh、Pd、Au）有明顯的提高，在MoS和CdS間形成的結節(jié)是2催化劑活性高的重要因素。利用載體的高比表面特性，研究者將CdS植入到5-78-910-12多種載體中另外,還有金屬氧化物負載、過渡金屬離子摻雜、染13-14料敏化等。鑒于光催化在環(huán)境保護、潔凈能源（太陽能轉化為氫能）、國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑材料、汽車工業(yè)、家電行業(yè)、紡織工業(yè)等眾多領域具有廣受到科學界、政府部門和企業(yè)界的高度重闊應用前景和重大社會經(jīng)濟效益，視，投入了大量的資金和研究力量開展催化基礎理論、應用技術開發(fā)及工程化研究，使得光催化

13、成為近年來國內外最活躍的研究領域之一。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1光催化制氫的原理利用太陽能光催化分解HO制氫技術的關鍵是獲得使H0快速分解的22高催化活性催化材料。分解HO制氫氣存在著一定熱分解阻力，從化學熱2力學上講，標準狀況下分解lmol水為氫氣和氧氣需要237kJ的能量，由于受熱力學平衡限制，采用熱催化方法很難實現(xiàn)，但在光能作用下，從熱力學理論角度考慮，分解1個水分子僅需提供1.23ev的能量，對應于1000nm紅外光。實際上1000nm紅外光不能光解水制氫氣，說明太陽能光解水制氫反應過程中存在較大的動力學阻力，可以通過特定催化劑來克服這種阻力實現(xiàn)水的光催化分解。通常光催化反應分為兩大類，

14、上坡反應和下坡反應，如圖1-1所示。上坡反應(uphill)在熱力學上難于發(fā)生，必須有光子提供能量才能進行，如6金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能光催化分解水和植物的光合作用。下坡反應(downhill)是能量釋放的過程，如光催化降解有機物。戸血咔哪艸冊rsim唱總啊怖甬甌閔德adionWatespIittng加朗口和的AGCuph.ll：,Gv0臨刪剛圖1-1光催化反應的分類示意圖水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣是一個能量增加的反應，熱力學上不能自發(fā)進行。在標準狀態(tài)下，若要把1mol的水分解為氫氣和氧氣，需要提供238J的能量。若要使1mol的水電解，則理論上需要提供1.23V

15、電壓。半導體材料的能帶結構中，導帶(CB:conductionband)與價帶(VB:valenceband)由一個適當寬度的帶隙(bandgap)隔開。如圖1-2所示，當入射光子的能量大于帶隙的能量時，半導體吸收光子，在導帶內產(chǎn)生光生電子，在價帶內產(chǎn)生空穴。光生電子具有還原能力,能夠還原氫離子生成氫氣，空穴具有氧化能力，能夠氧化水分子生成氧氣。CBg即加ve斗V23V圖1-2半導體光催化分解水的基本原理7金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能對半導體光催化劑而言，其能帶結構(主要包括帶隙的寬度、以及導帶與價帶的位置)是決定其光催化分解水能力的關鍵因素。1.2.2光催化分

16、解水的基本步驟光催化分解水的過程主要包括：光子的吸收。半導體光催化劑吸收能量大于或等于其帶隙光子，從而激發(fā)產(chǎn)生光生電子，空穴對。這一過程由光催化劑的電子結構(帶隙，帶邊位置)所決定。電荷的分離和光生載流子向催化劑表面的遷移。半導體催化劑激發(fā)產(chǎn)生的光生電子，空穴對分離，分別遷移到催化劑的表面活性位。在此過程中部分電子和空穴會復合，從而導致光催化效率降低。表面化學反應。遷移到半導體表面的電子和空穴與水發(fā)生氧化還原反應生成H和O,這是光催化分解水的關鍵步驟。表面特性是影響表22面化學反應過程的主要因素，如果催化劑表面沒有足夠的反應活性位，會大大增加電子和空穴的復合機率，因此常常需要通過向催化劑表面負

17、載助15-16催化劑引入活性中心來提供還原或氧化的活性位置。1.2.3光催化分解水過程影響因素光催化反應的效率是以光催化反應的量子效率來衡量的。對于一個理想的光催化反應制氫過程中，每還原HO生成1mol的H需要2mol的光22生電子，因此光催化分解水制氫的效率每吸收2個光子產(chǎn)生的氫分子數(shù)的量子效率來衡量。光解水的量子效率與下列因素有關:光催化材料的禁帶寬度及對光的吸收效率，即受光激發(fā)產(chǎn)生的自由電子-空穴對的多少;自由電子-空穴對的分離和存活壽命;氫氣和氧氣在催化劑表面的脫附能力;氫氣和氧氣的再結合和逆反應的抑制。因此，為了提高光解水制氫的效率，必然要充分考慮影響光解水制氫效率的諸多因素，克服或

18、抑制光解水制氫的不利因素，以期能高效率的光催化分解水制取氫氣。8金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能1.2.4光解水催化劑的研究現(xiàn)狀目前制約光解水制氫技術進一步向前發(fā)展的瓶頸仍然是較低的光催化效率。為了提高光解水效率，現(xiàn)階段研究者采用的主要策略包括:(1)開發(fā)具有可見光性能的光催化劑，從而能夠更有效的利用占太陽光中43%能量的可見光;(2)通過各種修飾改性手段提高現(xiàn)有光催化劑的活性;(3)設計制備新型光催化劑材料，尋找具有優(yōu)異性能的光催化劑。近年來，設計制備新型光催化劑材料是光解水領域的一個研究熱點，并且取得了很多重要的研究成果，有很多學者發(fā)表綜述性文章對光催化分解水材

19、料進行了詳細總結。1.3硫化物型半導體光催化劑硫化物半導體光催化劑中，研究最多的就是CdS、ZnS及其固溶體。其中CdS具有合適的禁帶寬度(Eg=2.42eV)和帶邊位置，很適合用于可見光分解水制氧。ZnS具有較寬的禁帶寬度(Eg=3.6eV)，只能吸收紫外光，但它具有較高的導帶位置，光生電子的還原能力較強，因此它也是一個良好的光催化劑。ZnS和CdS具有相似的晶體結構，因此它們兩者很容易形成固溶體。關于硫鋅鎘固溶體的報道有很多。胡等用硝酸鎘和銷酸鋅為原料，共沉淀法制備了CdZnS,光沉積法負載貴金屬Pt,而后將催化劑分散于水中，加0.530.47入正硅酸乙酯的異丙醇溶液使其水解,制備了Si0

20、/Pt-CdZnS,研究了20.530.47Si0復合、不同pH值水解等對催化劑的影響，結果表明，堿性條件下水解正2硅酸乙酯制備的復合催化劑的活性較酸性條件好,Si0復合有效地抑制了2Pt-CdZnS粒子光催化過程中發(fā)生光腐燭和團聚,促使光生電子和空穴0.530.47分離，提高了催化劑的可見光制氫活性和穩(wěn)定性。Li等用硫酸鎘和硫酸鋅為原料，水熱法制備了CdZnS,研究了以葡萄糖為電子給體時，催化劑在xl-xNaC鹽水中的光催化制氫行為。結果顯示，催化劑在有NaCl存在時，光催化活性明顯提高，同時葡萄糖的初始濃度也對催化劑的制氫活性有很大影響。三元金屬硫化物中的ABX型催化劑(如CdInS,Cu

21、InS,ZnlnS等)，242424249金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能因其具有良好的光電導性和催化性能，吸引了眾多科學工作者的關注。這類化合物能夠以固溶體的形式存在，通過摻雜不同的金屬離子，其能帶寬度可以有效地被調控，同時，這也能夠有效地改變其光學性質和催化性質。10金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能第二部分實驗部分主要化學試劑和儀器主要化學試劑本實驗中使用的主要化學試劑的規(guī)格和生產(chǎn)廠商如表2-1所示表2-1主要化學試劑試劑規(guī)格生產(chǎn)廠商硝酸鋇AR天津市凱通化學試劑有限公司硝酸鎘AR天津市科密歐化學試劑有限公司硝酸鍶AR國藥集團化學試劑有

22、限公司硝酸釔AR國藥集團化學試劑有限公司硝酸鋅AR上海中秦化學試劑有限公司硫化鈉AR上海統(tǒng)亞化工科技發(fā)展有限公司硫代乙酰胺AR國藥集團化學試劑有限公司亞硫酸鈉AR國藥集團化學試劑有限公司2.1.2主要儀器町-4磁力加熱攪拌器、高壓反應釜、紫外可見漫反射光譜儀(shimadzuUV-3100spectrophotometer)、X射線衍射儀、氣相色譜儀、掃描電子顯微鏡、真空干燥箱。2.2催化劑的制備CdZnS的制備0.10.9將0.3085g硝酸鎘、2.6774g硝酸鋅、1.5026g硫代乙酰胺溶解在50ml蒸餾水中，常溫下在磁力加熱攪拌器上攪拌直至溶解，將溶液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯(80ml

23、)的不銹鋼反應釜中，于160?進行水熱反應8h。反應完成后冷卻到室溫，產(chǎn)物用去離子水清洗數(shù)次除去雜質，將產(chǎn)物置于70?烘箱中干燥12h,干燥產(chǎn)物在瑪瑙研缽中充分研磨。11金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能2.2.2CdSrZnS的制備0.10.050.8512將0.3085g硝酸鎘、0.1058g硝酸鍶、2.5287g硝酸鋅、1.5026g硫代乙酰胺溶解在50ml蒸餾水中，常溫下在磁力加熱攪拌器上攪拌直至溶解，將溶液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯(80ml)的不銹鋼反應釜中，于160?進行水熱反應8h。反應完成后冷卻到室溫，產(chǎn)物用去離子水清洗數(shù)次除去雜質，將產(chǎn)物置于70?烘

24、箱中干燥12h,干燥產(chǎn)物在瑪瑙研缽中充分研磨。2.2.3CdYZnS的制備0.10.050.85將0.3085g硝酸鎘、0.1915g硝酸釔、2.5287g硝酸鋅、1.5026g硫代乙酰胺溶解在50ml蒸餾水中，常溫下在磁力加熱攪拌器上攪拌直至溶解，將溶液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯(80ml)的不銹鋼反應釜中，于160?進行水熱反應8h。反應完成后冷卻到室溫，產(chǎn)物用去離子水清洗數(shù)次除去雜質，將產(chǎn)物置于70?烘箱中干燥12h,干燥產(chǎn)物在瑪瑙研缽中充分研磨。2.2.4CdBaZnS的制備0.10.050.85將0.3085g硝酸鎘、0.1307g硝酸鋇、2.5287g硝酸鋅、1.5026g硫代乙酰胺

25、溶解在50ml蒸餾水中，常溫下在磁力加熱攪拌器上攪拌直至溶解，將溶液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯(80ml)的不銹鋼反應釜中，于160?進行水熱反應8h。反應完成后冷卻到室溫，產(chǎn)物用去離子水清洗數(shù)次除去雜質，將產(chǎn)物置于70?烘箱中干燥12h,干燥產(chǎn)物在瑪瑙研缽中充分研磨。2.3催化劑可見光光催化反應光催化反應系統(tǒng)圖2-1給出了測試平臺簡圖，主要有三部分組成:光催化反應系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、分析測試系統(tǒng)。光催化反應系統(tǒng):主要包括上照式玻璃反應器(Pyrex玻璃)，反應器容積為100ml;磁力攪拌器;光源(北京暢拓科技有限公司PLS-SXE300UV型紫外增強汞氙燈)。真空系統(tǒng):主要包括玻璃真空管路，真空計

26、，旋片式機械真空泵構成。真空系統(tǒng)主要用于將反應器抽真空。金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能分析測試系統(tǒng):主要包括氣相色譜儀（上海歐化分析儀器廠，GC-9160）和數(shù)據(jù)采集電腦。氣相色譜儀采用:TCD檢測器，5A分子篩分離柱，高純Ar（99.999%）載氣，六通閥手動進樣。測試條件為:柱前壓0.12Mpa，柱爐溫度60?，檢測器溫度130?，橋流70mA，載氣流速25ml/min。圖2-1光催化分解水測試平臺2.3.2光催化反應2光催化反應在一個100ml的反應器中進行，光照面積為19.62cm。以300W高壓束燈作為光源，用420nm濾波片濾去透過的紫外光,用燈外的水

27、冷卻夾套去除紅外光部分。反應體系光催化劑用量為0.2g加入0.35mol/L的NaS和0.25mol/L的NaSO溶液，反應液的總體積為250ml。反應前223超聲振蕩5min,抽真空，除去溶液中的氧氣。催化劑的活性釆用光照1h后產(chǎn)生的氫氣量來表示（氣相色譜測定,TCD,13X分子蹄柱,Ar為載氣）。13金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能第三部分催化劑的理化性質及光解水性能催化劑的光解水性能與其能帶結構有著非常密切的關系。對于固溶體而言，它是通過一種金屬元素進入另一種金屬元素所形成的晶格中，達到調節(jié)半導體催化劑價帶和導帶的作用，其一大優(yōu)勢就是可以通過控制催化劑的化學組

28、成來控制能帶結構，從而有效地調節(jié)材料的光催化性能。3.1催化劑的表征SEM:掃描電子顯微鏡通常用來觀察催化劑樣品的表面形貌和微缺陷。通過對催化劑的形貌和晶格條紋等分析，可以對催化劑失活等方面進行研究，樣品的形貌采用日本JEOL公司JSM-7401F型掃描電子顯微鏡觀測。XRD:樣品的晶體結構采用日本理學公司D/max-2200/PC型衍射儀測o定測試條件為CuKa輻射，管壓40kV,管流20mA,掃描速度4/min，oo掃描范圍20=10,70OUV-vis:采用日立U-3310型光譜儀測定(帶60mm積分球附件，用BaSO為參比)，紫外-可見漫反射光譜可以用來測定樣品的光吸收性能，計4算樣品

29、的禁帶寬度,測定樣品的色差等。3.1.1掃描電鏡(SEM)14金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能圖3-1樣品的SEM圖（l:Ba/CdS-ZnS;2:Sr/CdS-ZnS;3:CdS-ZnS;4:Y/CdS-ZnS）圖3-1分別是Ba/CdS-ZnS（圖1）、Sr/CdS-ZnS（圖2）、CdS-ZnS（圖3）、Y/CdS-ZnS（圖4）的SEM圖，從圖可以看出它們的形貌相似，都是3+2+2+由團聚的納米顆粒組成，表明Y、Ba、Sr的摻雜沒有改變CdS-ZnS光催化劑的形貌。X-射線衍射（XRD）Ba/CdS-ZnSY/CdS-ZnSSr/CdS-ZnSintensi

30、ty（a.u）CdS-ZnS10203040506029/degree圖3-2水熱反應產(chǎn)物的XRD圖譜3+2+2+從圖3-2中可以看出所有的樣品均為立方晶相，Y、Ba、Sr的加3+2+入，使衍射峰向低角度移動。各個樣品的衍射峰基本一致，表明Y、Ba、2+Sr的摻雜對CdZnS晶型沒有影響。圖中沒有出現(xiàn)SrS、YS、BaSx1-x23的特征峰，這可能是因為摻雜的元素量少且分布均勻。30020015金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能3.1.3紫外-漫反射光譜(UV-vis)CdS-ZnSSr/CdS-ZnS16Y/CdS-ZnS14Ba/CdS-ZnS121086Abso

31、rbance/(a.u.)420200300400500600700800Wavelength/nm圖3-3水熱反應產(chǎn)物的UV-Vis圖譜從圖中可以看出光催化劑在340nm處有一個吸收邊，圖中表明金屬離3+2+2+子摻雜幾乎沒有影響樣品的吸收閾值，這是由于Y、Ba、Sr摻雜量很2+低且摻雜離子主要在催化劑的表面。由圖中可以看出摻雜了Sr以后，催2+化劑的基線上移了，可能是由于催化劑的缺陷增多所致，而摻雜了Ba和3+Y以后，催化劑的基線下移了。制備的催化劑的光解水性能600500400100RateofH2evolution(umol/h)0Ba/CdS-ZnSCdS-ZnSY/CdS-ZnSS

32、r/CdS-ZnS16金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能圖3-4不同金屬離子摻雜對光催化劑的影響圖3-4是不同金屬離子摻雜CdZnS催化劑可見光產(chǎn)氫活性圖。從圖xl-x2+2+中可以看出，Ba、Sr摻雜能有效地提高催化劑的產(chǎn)氫活性，產(chǎn)氫量相比3+較未摻雜時，提高了大約2倍，而Y摻雜的催化劑的產(chǎn)氫活性基本沒有改變。l7金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能第四部分結論3+2+2+本文利用水熱法制備了CdZnS和Y、Ba、Sr摻雜的CdZnS固x1-xx1-x溶體光催化劑，借助X射線衍射儀(XRD)、UV-Vis漫反射(UV-Vis)、掃描電鏡(SE

33、M)等手段對催化劑進行表征，研究了在NaS和NaSO電子給體存2233+2+2+在下，CdZnS和Y、Ba、Sr摻雜的CdZnS固溶體的產(chǎn)氫性能，結x1-xx1-x3+2+2+果表明，Y、Ba、Sr的摻雜對CdZnS的晶型和形貌沒有影響，在可xl-x2+2+3+見光下，Ba、Sr摻雜有效的提高了催化劑的產(chǎn)氫量，而Y的摻雜對催2+2+化劑的產(chǎn)氫量影響不大，主要是因為Ba、Sr摻雜有效地抑制了電子和空穴的分離，提高了光催化活性。金屬離子摻雜使CdZnS的活性提高可能xl-x有兩個原因。一是金屬離子的加入，形成了新的摻雜能級，增大了催化劑對可見光的吸收，提高了光催化活性。其次，金屬離子的摻雜使催化劑

34、的缺陷使光生電子和空穴分離,提高了增多,缺陷可以成為光生電子的捕獲中心,3+2+2+光催化活性。本文中的UV-Vis圖表明Y、Ba、Sr的摻雜幾乎沒有影響3+2+2+3+樣品的吸收閾值，說明Y、Ba、Sr摻雜提高光催化活性是由于Y、2+2+2+Ba、Sr摻雜CdZnS催化劑后，在固溶體表面形成Cd空位和缺陷，成xl-x為光生電子的捕獲中心,抑制了光生載流子的復合,從而提高了光催化活性。l8金屬離子摻雜的硫化鎘硫化鋅固溶體光催化劑可見光分解水產(chǎn)氫性能參考文獻FujishimaA，HondaK.，ElectrochemicalPhotolysisofwateratasemiconductorele

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