金属硫化物固溶体硫空位的构筑以及光催化分解水制氢的研究.pdf

目录

摘要I

AbstractIII

1绪论1

1.1研究背景1

1.2半导体光催化剂全解水2

1.2.1光催化全解水原理3

1.2.2光催化全解水热力学5

1.2.3光催化全解水动力学6

1.3金属硫化物光催化分解水制氢7

1.4金属硫化物光解水性能调控策略11

1.4.1掺杂策略11

1.4.2缺陷工程12

1.4.3构建异质结13

1.4.4负载助催化剂17

1.5论文研究内容及意义19

1.5.1论文选题意义19

1.5.2研究内容和创新性19

2硫空位诱导形成的极化电场驱动光催化产氢21

2.1引言21

2.2实验部分22

2.2.1实验试剂22

2.2.2实验仪器22

2.2.3光催化剂的制备23

2.2.4催化性能测试24

2.2.5DFT计算24

2.3结果与讨论26

2.3.1催化剂的结构表征26

2.3.2催化剂的性能评价31

2.3.3催化剂的光电性能分析35

2.3.4光催化机理分析39

2.4本章小结42

3Rh胶体颗粒修饰的Sv-ZnInS光催化剂的制备及其光催化分解水制氢的研究44

24

3.1引言44

3.2实验部分45

3.2.1实验试剂45

3.2.2实验仪器46

3.2.3光催化剂的制备46

3.2.4催化性能测试47

3.3结果与讨论47

3.3.1催化剂的结构表征47

3.3.2催化剂的性能评价49

3.3.3催化剂的光电性能分析52

3.3.4光催化机理分析54

3.4本章小结55

4总结与展望56

4.1总结56

4.2展望56

参考文献58

致谢73

攻读学位期间发表的学术论文74

摘要

金属硫化物因其优越的可见光响应特性、适宜的能带结构、丰富的原料来源、简单的

制备过程，以及在实际应用中具有较高的可行性和经济性等优点，是当前半导体领域的研

究热点之一。但金属硫化物存在光生载流子复合迅速、光能利用率低、催化性能低下等固

有缺陷，这是限制其广泛应用的重要因素，所以在大多数情况下金属硫化物需添加牺牲剂

才表现出满意的光催化性能。目前报道的光催化全解水体系的太阳能-化学能转换效率仍远

低于实际应用的要求。硫空位工程是提高光催化性能的有效策略之一。硫空位的构筑不仅

可以改善催化剂的光学和电学性质，还可以调整其表面几何结构和电子结构。本论文基于

金属硫化物固溶体催化剂（ZnCdS和ZnInS），通过构筑硫空位及引入助催化剂，实

0.50.524

现了高效光催化全解水反应，并从实验和理论两个方面研究了硫空位以及肖特基结在光催

化全解水中的作用机制。主要研究内容及结果如下：

1、采用共沉淀与水热法，在ZnCdS表面构筑硫空位缺陷（Sv-Zn