ZnIn2S4基光催化材料的制备及其产氢性能的研究.pdf

摘要

作为二次清洁能源，氢能在推动温室气体减排的大背景下，成为研究目前的

热门能源之一。在众多的环境友好、可持续新能源技术中，光催化技术因其具有

稳定、环保、高效和可回收等优势，而被认为是氢能开发利用的有效安全技术之

一。在众多光催化产氢材料中，硫化铟锌（ZnInS）因其适宜带隙、安全无毒、

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物理化学稳定、耐久性好等优点，已成为研究者关注的热点半导体材料之一。然

而，纯相ZnInS存在着载流子复合效率高、可见光利用率低等光催化共性问题，

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限制了该材料在光催化领域的广泛应用。为解决这一问题，本文以ZnInS催化材

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料为基体，以构建异质结构为出发点，通过调控材料的比表面积、构建内建电场、

提高光利用率等策略对ZnInS的光催化活性进行优化，实现了ZnInS在光催化

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分解水产氢性能方面的提升。通过对材料的微观结构和光电特性测试以及对材料

的光催化产氢性能测试等手段，系统地对材料进行了理论分析和反应机理探究，

具体研究内容和结果如下：

(1)为了提升ZnInS的载流子分离效率并改善其氧化还原能力，通过一步水

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+-

热法合成了2D/3DZnInS/HTiNbO异质结构，用于可见光下分解水产氢。通过

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+-

酸化、剥离等方法得到HTiNbO纳米片，并将其引入到ZnInS表面，形成了

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+-

2D/3D结构的复合异质结。实验测得，当HTiNbO最佳量为7wt%时，氢气产率

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-1-1-1-1

可达2.12mmolgh，是纯ZnInS（1.01mmolgh）的2.1倍。复合异质结的

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形成使得材料的比表面积增大，从而增多反应表面催化活性位点，同时可见光吸

收能力也大幅提高，这促进了可见光的有效利用。形成的复合异质结构，在界面

+-

产生了内置电场，显著增强了电荷转移和分离，HTiNbO表面成为氢气产生的

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主要场所。

(2)为了进一步改善ZnInS的还原能力，我们设计引入片状CN纳米片与微

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球状ZnInS构筑了具有紧密界面接触的ZnInS/CN异质结构。实