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摘要
能源问题已经成为 21 世纪关注的重点问题之一,新能源的开发迫在眉睫,
氢能作为一种绿色能源受到广泛研究。ZnIn S 作为重要的Ⅱ-Ⅲ -Ⅳ 三元硫化物
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半导体,其独特的晶体结构使其具有许多独特的光学和光电特性,具有合适的带
隙宽度可响应可见光,并且具有相当好化学稳定性。但体相的ZnIn S 电子-空穴
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对极易发生复合,电子利用率很低,限制其光催化产氢活性。
为解决上述问题,采用表面修饰和异质结复合的方法对 ZnIn S 进行改性处
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理,研究了其结构,形貌及其性能的关系,并探究了改性后催化剂的催化机理。
(1)通过简单的热回流法制备了超薄ZnIn S 纳米片,探究了纳米层厚度对
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催化剂制氢性能的影响。实验结果表明,超薄 ZnIn2S4 纳米片的光催化制氢性能
有所提升。其原因归结于超薄 ZnIn S 纳米片的电子更容易转移到材料表面参加
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制氢反应。在此基础上,对超薄 ZnIn S 纳米片进行 Ni 金属掺杂改性处理,发现
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其催化活性进一步增强,其原因归结于 Ni 离子的掺杂为提供了 ZnIn2S4 纳米片
更多的活性位点,同时增加了 ZnIn S 纳米片的可见光吸收。
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(2 )通过水热法和共沉淀法合成了 CdS 量子点/ZnIn S 纳米花异质复合光
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催化剂,探究了 CdS 负载量对CdS/ZnIn S 复合光催化剂光催化产氢性能的影响。
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实验结果表明,CdS/ZnIn S 复合光催化剂表现出优良的光催化产氢活性,负载
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量最佳(0.01M CdS/ZnIn S )的光催化剂的产氢速率为2581 μmol•g-1•h-1 ,约是
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纯 CdS 的 30 倍,约是纯 ZnIn S 的2.5 倍。其原因是:CdS 的负载,增加了 ZnIn S
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的可见光响应;CdS 量子点负载 ZnIn S 纳米花多级结构的形成,有效的增加了
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两个半导体界面接触,加速了两个半导体界面电荷的传递效率;type Ⅱ型异质结
构的成功构建,有效抑制了电子-空穴对的复合。
关键词:光催化,ZnIn S ,CdS ,产氢,掺杂
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