摘要: 金属硫属化合物作为光催化剂时，易发生光生电子-空穴对的复合以及光腐蚀，因此自身的催化活性和稳定性较低。过渡金属二硫化物(TMDs)是一种具有特殊带隙结构的二维(2D)材料，可以代替贵金属Pt、Au等作为助催化剂提高光催化剂的光生电子-空穴对的分离... 展开 金属硫属化合物作为光催化剂时，易发生光生电子-空穴对的复合以及光腐蚀，因此自身的催化活性和稳定性较低。过渡金属二硫化物(TMDs)是一种具有特殊带隙结构的二维(2D)材料，可以代替贵金属Pt、Au等作为助催化剂提高光催化剂的光生电子-空穴对的分离和转移速率。另外，2D TMDs具有较大的比表面积，与光催化材料复合时可以起到支撑作用，从而提高光催化剂的稳定性。本论文中，我们设计和制备了一系列的0D金属硫属化合物和2D TMDs的复合材料，解决了金属硫属化合物光催化活性低和光稳定性差的问题。具体研究内容如下: (1)设计制备具有高催化效率和光稳定性的0D/2D CdS/WS2纳米复合光催化材料，并研究了利用光腐蚀-重结晶提高其光催化性能的机理。初始复合材料中CdS纳米颗粒均匀的生长在WS2纳米片的表面上，其光解水产氢效率随着光照时间的延长而增强，光照100h之后催化效率达到最高值，且表现出非常优异的光稳定性。光照200h之后的复合材料中CdS纳米颗粒的尺寸变小，CdS与WS2纳米片之间相互作用增强。结合ICP-AES分析，提出了CdS/WS2纳米复合材料中的CdS颗粒在光照下发生光腐蚀-重结晶的机理。研究结果表明光腐蚀-重结晶效应有利于提高0D/2D金属硫属化合物/TMDs纳米复合材料的光催化活性和稳定性。 (2)设计制备具有高催化效率和光稳定性的0D/2D CdSe/WS2纳米复合光催化材料，并研究了能带结构匹配提高其光催化性能的机理。根据量子尺寸效应和能带工程理论，通过调控CdSe量子点(QDs)的尺寸，使得CdSe QDs的能带结构与WS2纳米片的能带结构互相匹配。调控反应条件在WS2纳米片表面均匀的生长不同尺寸的CdSe QDs。对不同尺寸CdSe QDs的能带结构进行研究，发现7～8nm CdSe QDs的能带结构恰好和WS2纳米片的能带结构进行匹配，实现了光生电子-空穴对的有效分离和快速转移。对比研究拥有不同QDs尺寸的CdSe/WS2复合材料的光催化性能，发现7～8nm CdSe QDs的CdSe/WS2复合材料表现出非常优异的光解水产氢效率和光稳定性。研究结果表明能带匹配的0D/2D纳米复合材料能够有效提高光催化剂的催化活性和光稳定性。 (3)设计制备具有p-n-n串联异质结的CoP/CdS/WS2纳米复合光催化材料，并研究了其在无牺牲剂条件下进行光解水产氢，以及光降解有机污染物与光解水产氢协同进行的机理。0D/2D CoP/CdS/WS2复合材料内部的p-n-n串联异质结，能够有效的分离和转移电子-空穴对，延长光生载流子的寿命，实现无牺牲剂条件下的光解水产氢反应，以及在RhB溶液中发生光解水产氢和光降解有机污染物同时进行的双功能光催化反应，并表现出优异的光稳定性。研究结果表明设计和制备具有p-n-n串联异质结构的纳米复合材料为实现无牺牲剂光解水产氢提供了新思路。 (4)制备具有高催化效率和光稳定性的ZnS/WS2纳米复合光催化材料，并研究了全光照射下宽带隙ZnS/窄带隙WS2纳米片复合材料发生光解水产氢的机理。通过调控实验条件，ZnS纳米颗粒均匀的生长在WS2纳米片的表面;瞬态光电流性能测试表明宽带隙的ZnS与WS2纳米片复合之后有利于提高光生电子-空穴对的分离和转移速率。ZnS/WS2复合材料在全光谱辐照下具有较高的光解水产氢效率和光稳定性。ZnS/WS2纳米复合材料的成功制备为宽带隙半导体材料在光催化领域的应用开辟了新途径。 收起