导　　师： 彭峰

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 随着全球能源结构升级,以太阳能为代表的绿色、清洁、可持续发展新能源在社会发展中逐渐占据重要地位。半导体材料元件可用于太阳能与化学能之间的转化,让光能以热能、电能或氢能的形式利用、运输或储存。硫化镉(CdS)是一种窄带隙的半导体材料,能够被波长小于520 nm的光激发,常用作光催化剂分解水产氢,但稳定性差。本论文以硫化镉纳米棒阵列(CdS NRAs)为基础,分别采用氢化热处理与水解法制备两种CdS NRAs异质结构,提高CdS光催化制氢活性与稳定性;结合表征探究异质结构对材料性能的影响以及催化反应机理。论文主要研究内容与结论如下:(1)以导电玻璃(FTO)上生长的CdS NRAs为基础,在氢气、氮气混合气氛围中氢化热处理,利用导电玻璃的SnO涂层与CdS的反应,在CdS NRAs表面原位生成含有CdS/SnS/SnO三元异质结构的纳米颗粒。通过对氢化反应温度与反应时间的系统研究,得到最佳氢化条件为450℃反应2 h,制备的Cd S NRAs-H-450(2 h)异质结构光电流达到12 mA·cm,是没有氢化的CdS NRAs-N的1.5倍。光催化产氢测试表明,可见光(λ>400 nm)下,最佳氢化的CdS NRAs-H-2初始光催化产氢速率为23.33μmol·cm·h,五个循环反应后速率为23.75μmol·cm·h,而未氢化的CdS NRAs-N在初始产氢速率为20.0μmol·cm·h,五次循环后衰减至11.5μmol·cm·h,可见,氢化处理形成的异质结构能够有效增强CdS光催化稳定性,并提高光催化产氢活性。这种异质结构能带呈阶梯状排列,CdS的光生电子向SnO导带转移,光生空穴向价带较低的SnS转移,抑制CdS自氧化反应,同时也会减少光生载流子的复合,从而提高复合材料的稳定性与光能转化率。这种制备方法简单、易行,CdS光催化性能显著改善。(2)采用水解法在CdS NRAs表面负载TiO米层,生成含CdS/TiO二元异质结构的纳米复合材料,包覆层厚度均匀的关键是加入表面活性剂并控制合适的反

关 键 词： 光催化 制氢 硫化镉纳米棒阵列 氢化热处理 异质结构

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