ZnIn2S4负载贵金属光催化剂的制备及其芳香醇选择氧化反应性能研究

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硫铟锌(ZnIn2S4)是一种三元金属硫化物,由于它独特的光学性质,良好的化学稳定性和适宜的能带结构等优势,成为三元硫化物中典型可见光响应型光催化剂之一。但存在光生电子-空穴复合快,光子利用率不高等问题,这导致光催化效率较差。针对以上ZnIn2S4材料存在的问题,采用贵金属沉积策略构建金属/半导体体系以促进ZnIn2S4光催化剂载流子的分离。通过调变ZnIn2S4晶面比例提高光催化转化率。金属之间以及金属与半导体之间的协同作用,可降低半导体光生电子-空穴复合程度,这些优点会增强光催化效率。用一步溶剂热法合成出硫铟锌材料,利用NaBH4还原法,将Au、Pd成功负载在菊状ZnIn2S4微球表面,制备出Au/ZnIn2S4,Pd/ZnIn2S4光催化剂。对复合材料进行了UV-vis-DRS、PL、XPS和光电化学测试等。金属-半导体之间莫特-肖特基效应存在,且受激发的热电子易引发等离子体共振效应(LSPR),因此实现了热电子由金属到半导体的转移,使得光生载流子的分离效率得到提升。在苯甲醇光催化选择氧化反应中,光催化转化率可达43.1%,比ZnIn2S4提高了6%。首先利用一步溶剂热法合成ZnIn2S4光催化剂,利用NaBH4将Au-Pd双金属负载于菊状ZnIn2S4微球表面,构建一系列不同金属摩尔比的光催化剂。筛选出最优光催化材料,并应用在芳香醇光催化选择氧化反应中。通过一系列光电性能表征,发现Au-Pd/ZnIn2S4具有更长载流子寿命和更高光生电子-空穴转移效率。其中0.5 wt%的Au-Pd/ZnIn2S4光催化剂表现出最高的光催化活性,对芳香醇的转化率提高至90%,分别是ZnIn2S4、Au/ZnIn2S4、Pd/ZnIn2S4的1.5、2.0和1.3倍。捕获实验和ESR技术相结合,证实h+,·O2-和碳中心自由基对于Au-Pd/ZnIn2S4界面上选择氧化反应具有重要作用。双金属/ZnIn2S4复合结构证实了双金属界面协同光催化剂的构建是开发高性能光催化剂的有效策略。利用混合溶剂热法调控ZnIn2S4晶面以提高光催化效率。通过调节水、醇体积比例得到了不同晶面比例的ZnIn2S4微球。苯甲醇光催化选择氧化转化率提高至64%,同时发现了硫空位存在,为接下来探究晶型结构与光催化性能关系奠定基础。总之,构建半导体/贵金属体系和对ZnIn2S4进行晶面调控,都不同程度促进了半导体对可见光吸收能力,提高了光生载流子转移和分离效率,使得光催化剂展现优异的光催化选择氧化性能。在太阳能驱动的有机合成领域中具有重要意义。
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