| 题名 | 光催化产氢过程中硫化物催化剂光腐蚀抑制的研究 |
| 作者 | 宁晓峰 |
| 答辩日期 | 2019-05-24 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吕功烜 |
| 关键词 | 光催化分解水 硫化物催化剂 抑制光腐蚀 稳定性 Photocatalytic Water Splitting Sulfide Catalysts Inhibition Photocorrosion Stability |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 其他题名 | 无 |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 英文摘要 | 硫化物半导体具有合适的能带结构和的带隙，是一种高效的可见光响应的半导体光催化剂。然而严重的光腐蚀和光生电荷复合，限制了它在光催化分解水中的应用。本论文开展了抑制硫化物在光催化分解水反应过程中光腐蚀的研究，分别利用表面包覆、修饰改性、构筑核壳结构和多组分复合等方法，明显提高了硫化物催化剂光催化分解水的产氢活性和稳定性，构筑了几种基于硫化物的新型、高效光催化全分解水催化剂体系。本论文取得了以下主要成果： 1.通过在CdS表面修饰TiO2层，使Pt-TiO2/CdS光催化剂表现出明显增强的光催化活性和稳定性，实现了可见光诱导的催化全分解水。在可见光辐照下，Pt-TiO2/CdS的析氢速率是CdS样品的6倍。在光催化反应体系中，TiO2薄层作为空穴助剂，通过快速转移界面空穴，可以有效地保护CdS免受光腐蚀，金属Pt纳米颗粒作为电子助催化剂，可以快速捕获电子，进而起到还原活性中心的作用，促进界面的析氢反应。同时应用人工鳃，从催化剂表面移除了新生成的氧气，抑制了氢气和氧气逆反应的发生和氧气对CdS造成的光腐蚀，提高了光催化分解水的效率。 2.通过在CdS表面构筑Al2O3薄层，制备了核壳结构的CdS@Al2O3催化剂。利用Al2O3层中的内建电场或在非晶态Al2O3中大量Al3+形成的空位网，可以使电荷击穿到Al2O3氧化层，光生空穴可以从CdS的价带迁移到Al2O3表面生成O2，促进了电荷的分离与转移。化学惰性的Al2O3壳层可以防止新生成的氧气对CdS的光腐蚀。与CdS相比，核壳结构的Pt/CdS@Al2O3催化剂析氢速率提高了约126倍，且在多次循环反应中保持稳定。长周期循环反应后溶液中Cd2+的浓度测定结果证实核壳结构的Pt/CdS@Al2O3催化剂具有较好的抗光腐蚀性能。 3.通过在Zn0.8Cd0.2S催化剂表面沉积超薄NiO层，制备了新型的无贵金属的NiO/Zn0.8Cd0.2S催化剂，该催化剂比Pt/Zn0.8Cd0.2S催化剂具有更高的分解水产氢活性。在430nm波长光照时，光催化分解水产氢表观量子效率达到了0.66%。研究还发现NiO与Zn0.8Cd0.2S之间的强电子耦合促进了电荷的有效分离和迁移。另外，在反应体系中加入全氟萘烷或者使用人工鳃装置，大幅度的提高了光催化产氢效率，说明有效分离生成的H2和O2，可以促进光催化效率的提高，从而实现了稳定的光催化全分解水反应。 4.通过将Co3O4物种引入到CdS中制备了Co3O4/CdS复合光催化剂，显著提高了催化剂光催化分解水制氢的活性和稳定性。所制备的Co3O4/CdS催化剂在可见光下光催化分解水产氢速率为4678.5μmolh-1g-1，在430nm处的量子效率达到19.1%。结果证实n型CdS与p型Co3O4界面处形成的内部电场促进了电荷的分离和输运。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.licp.cn/handle/362003/25229]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_OSSO国家重点实验室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宁晓峰. 光催化产氢过程中硫化物催化剂光腐蚀抑制的研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2019. |
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