熔盐法制备ZnxCd1-xS及性能研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wu19851110
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能源消耗剧增,化石能源日益枯竭,使得新能源的开发备受关注。以半导体光催化剂为媒介,利用太阳能光催化分解水制氢成为太阳能开发利用方面的热点研究方向。CdS是最常见的对可见光敏感的半导体,但其可见光催化效率不高,因此,对CdS进行改性以提高CdS的可见光催化效率成为研究热点。  本文分别以Na2S2O3和Na2S为硫源,采用操作简单、能耗低的熔盐法制备了固溶体ZnxCd1-xS,通过XRD、SEM、UV-Vis DRS和电化学工作站对所制备光催化剂的结构、形貌及光学、电化学性能进行了表征。以Na2S和Na2SO3的混合液为牺牲剂,通过可见光催化分解水制氢速率对固溶体ZnxCd1-xS的可见光催化活性进行了评价。结果表明:以Na2S2O3为硫源制备固溶体ZnxCd1-xS的最佳制备条件是反应温度为600℃、反应时间为3h。以Na2S为硫源制备固溶体ZnxCd1-xS的最佳制备条件是反应温度为600℃、反应时间为2.5h。由于固溶体ZnxCd1-xS的禁带宽度均大于CdS的禁带宽度,有利于提高电子-空穴对的分离效率;导带电位的数值均比CdS导带电位的数值更负,有利于H+被还原为H2,因此,固溶体ZnxCd1-xS的光催化制氢速率均高于纯CdS的光催化制氢速率。随着Zn含量增加,固溶体ZnxCd1-xS的禁带宽度增加,电子-空穴对复合的概率降低,导带电位的数值越来越负,还原反应能力增强,产氢速率增加。在0.25mol/L Na2SO3和1.0mol/L Na2S水溶液中,35℃下光照4h,Na2S2O3为硫源制得的ZnxCd1-xS的产氢速率随着Zn含量的增加呈现先增大后减小的趋势,Zn0.083Cd0.917S的产氢速率达到最大,为309.96μmol·g-1·h-1,是纯CdS产氢速率的1.96倍。Na2S为硫源制得的ZnxCd1-xS的产氢速率也随着Zn含量的增加呈现先增大后减小的趋势,Zn0.204Cd0.796S产氢速率最高,为461.65μ mol·g-1·h-1,是纯CdS产氢速率的2.92倍,是Zn0.083Cd0.917S产氢速率的1.49倍。  通过浸渍法制备不同质量比的NiO/Zn0.204Cd0.796S复合光催化剂,并采用XRD、SEM、UV-Vis DRS和电化学工作站对所制备光催化剂的结构、形貌及光学、电化学性能进行了表征,探讨了复合光催化剂的可见光催化分解水制氢性能。结果表明:NiO与Zn0.204Cd0.796S复合后能带发生交迭,Zn0.204Cd0.796S导带上的电子迁移到NiO的导带上,减少了电子-空穴对复合的概率,提高了光催化活性。在0.25mol/L Na2SO3和1.0mol/LNa2S水溶液中,35℃下光照4h,0.3wt% NiO/Zn0.204Cd0.796S的产氢效率最高为646.31μmol·g-1·h-1,是Zn0.204Cd0.796S产氢速率的1.4倍,是纯CdS产氢速率的4.09倍。
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