金属硫化物的制备、表征及其在光催化固氮和有机光合成中的研究

• 作 者: 张巧巧
• 出 处: 淮北师范大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 金属硫化物 光催化 固氮 产氢 苯甲醛

本论文主要是制备出结构良好的金属硫化物光催化材料,然后进行光催化固氮和光催化氧化苯甲醇到苯甲醛并生成氢气的性能测试。最后基于一系列的表征,我们提出可能的光催化反应机理。论文的第一部分是以水为溶剂,以四水合硝酸镉、六水合硝酸锌、L-半胱氨酸为前驱物,通过简单水热方法合成Cd0.5Zn0.5S光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描和透射电镜(SEM和TEM)、比表面积(BET)、紫外-可见漫反射仪(UV-Vis DRS)等各种表征手段检测所合成样品的组成和微观结构、组构以及光学性质,并以光催化N2还原成NH4+来评价合成样品的光催化性能。实验结果表明,当水热合成温度为200℃时,合成的Cd0.5Zn0.5S样品在光催化N2还原成NH4+的活性最好。当可见光(λ>420nm)照射2小时后,氨的产量可达2.93 mmol/L。用电化学工作站和电子顺磁共振波谱仪(EPR)等表征对光催化固氮的反应机理进行了推测。论文的第二部分是通过简单的水热方法制备出Zn3In2S6光催化剂,随后通过原位光沉积方法将金属单质Ni负载到Zn3In2S6纳米片上。实验结果表明,合成的光催化复合材料在光催化氧化苯甲醇到苯甲醛并生成H2的体系中的光催化活性有大幅度的提升。其中0.5%Ni/Zn3In2S6复合材料的光催化性能是最好的,其苯甲醛和氢气的产量分别为1595.69和1236.62μmol,是单体Zn3In2S6催化剂活性的4.85和4.08倍。同时通过捕获剂对比实验(三乙醇胺和CC14)证明光生电子和空穴在反应过程中都起着十分重要的作用。最后通过对催化剂进行了 XRD、BET、TEM和PL等一系列的表征,我们提出了光催化氧化苯甲醇生成苯甲醛并释放H2的可能反应机理。