用于高效光催化剂的多元金属硒化物的设计与合成

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目前全球的的主要能源供应依然是化石燃料,但化石燃料的利用带来了诸多的问题,如何解决化石燃料的枯竭问题和化石燃料带来的环境问题是20世纪以来研究工作者们面临的重大挑战之一。目前有诸多可再生和不可再生的获取能源的方法来缓解化石燃料的危机问题,目前可行的获取途径有氢能,核能,风能,潮汐能,地热能等等。氢能因热值高,来源广泛,环保无害以及燃烧性能优良在诸多能源中脱颖而出。目前氢能源的获取依然依赖于化石能源,成本较大。寻求可行的获取氢能源的办法也是科研工作者们亟需解决的问题。以太阳能为光源利用光催化剂光解水是氢能获取的重要方法之一。然而半导体光催化材料存在着载流子的复合,量子效率低以及光响应范围窄的自身问题是目前科研工作人员亟待解决的问题。因此,解决上述存在的问题是目前科研工作者们一直前进的动力。硒化镉(CdSe)晶体是一种带隙能在1.65至1.8 eV的范围内的性能优异的n-型半导体材料,具有闪锌矿和纤锌矿两种稳定的晶体结构,与其他无机或者有机材料相比有着独特的光学性质,在传感器,太阳能电池,生物荧光探针以及催化领域具有广泛的应用,归因于硒化镉材料具有尺寸小、比表面积大、光响应能力强、独特的电子态等优异性能。基于这些优异的性能,硒化镉已经成为光催化领域的研究热点。因此,在第一章本文阐述了近些年来光催化产氢材料的发展现状和发展趋势,同时简单的介绍了硒化镉光作为光催化剂的优势,制备方法以及如何提高光催化活性的方法。第二章采用了水溶液法合成了以巯基丙酸(MPA)为修饰剂的硒化镉纳米材料,获得了MPA-CdSe光催化产氢材料。该方法制备简单,原料廉价,并且减少了传统合成方法的易爆高毒试剂的参与。在MPA-CdSe合成的基础上通过添加聚乙二醇(PEG)获得了PEG-CdSe光催化产氢材料,通过分析MPA-CdSe和PEG-CdSe的结构和形貌,比较可见光下两种催化剂在不同牺牲剂(电子供体)的种类和数量,助催化剂种类和数量,各种条件和催化环境下的产氢性能以及它们的催化稳定性,发现PEG-CdSe在NiCl2·6H2O的助催化下,以乙醇为牺牲剂,在近中性环境下比MPA-CdSe有更高的催化产氢效果和更好的稳定性,并通过紫外可见光测试,荧光测试,阻抗和光电流测试的比较探究了PEG-CdSe高产氢活性的原因。第三章是在第二章MPA-CdSe合成的基础上,通过原位生长的方法添加了W18O49得到了W18O49-CdSe复合物。通过合成过程中控制W18O49与MPA-CdSe的比例,获得了不同比例的复合物。通过在全光下比较W18O49-CdSe复合物与单相MPA-CdSe的产氢效果,且不需要助催化剂和牺牲剂的帮助,合成的出来的W18O49-CdSe复合物的产氢效果是MPA-CdSe的近4倍,这主要归因于W18O49与MPA-CdSe之间形成了Z-型光催化系统,促进了电子和空穴的分离。
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