论文总字数：25161字

摘 要

随着能源危机的加剧，利用半导体光催化剂分解水制氢来满足能源的需求日益受到重视。对于单相半导体光催化剂来说，其电子-空穴对易复合且长期催化时稳定性差，因此很难满足实际应用要求。研究表明，异质结构半导体光催化剂能够在保证其氧化还原能力不变的情况下，通过形成界面结构来有效分离电子和空穴，同时保持长期催化稳定，因此得到了越来越多的关注。本文首先以Na₂WO₄·2H₂O为钨源，NaCl为表面活性剂，采用水热法制备出了WO₃，然后以Cd(NO₃)₂为镉源，硫代乙酰胺为硫源，利用化学浴沉积法在WO₃表面附着CdS。结果表明，WO₃为沿c轴方向生长的六方相纳米棒，平均长度为1.6μm，直径为110nm，并且在其表面均匀附着了一层平均直径约为10nm的六方相CdS纳米颗粒。

关键词：异质结构半导体；光催化；CdS；WO₃

ABSTRACT

With the energy crisis becoming serious, the use of semiconductor photocatalysts for producing hydrogen by decomposing water to meet the energy demands is attracting more and more attention. For the single-phase semiconductor photocatalysts, electron-hole pairs having recombined before coming to the surface and catalytic activity getting worse in a long term are the main existing problems, which is difficult to satisfy the requirements of practical applications. Studies have shown that heterostructure semiconductor photocatalysts, which effectively make the photoinduced electrons and holes separated while maintain the redox ability and long-term stability, are drawing much more concern. On the basis of sodium tungstate as raw material and sodium chloride as surfactant, tungsten trioxide has been prepared by hydrothermal method. Cadmium sulfide which originates from cadmium nitrate and thioacetamide was attached to the surface of tungsten trioxide by chemical bath deposition. The results showed that tungsten trioxide were hexagonal nanorods which growing along c-axis, with the average length of 1.6μm and diameter of 110nm, and monolayer hexagonal cadmium sulfide nanoparticles with an average diameter about 10nm were uniformly adhered to the surface of tungsten trioxide.

KEYWORDS: heterostructure semiconductor; photocatalyst; CdS; WO₃

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2半导体光催化剂的催化机理 2

1.2.1半导体材料光催化原理 2

1.2.2半导体材料光催化制氢原理 3

1.3半导体光催化剂催化活性的影响因素 3

1.4半导体光催化剂改性的可行途径 5

1.5异质结构半导体光催化剂的研究现状 6

1.5.1纳米异质结构半导体的简介 6

1.5.2 PS-PS光催化系统研究进展 6

1.6本论文的选题意义和研究内容 8

1.6.1选题意义 8

1.6.2课题研究内容 9

第二章 CdS/WO₃异质结构纳米晶的制备 10

2.1 引言 10

2.2实验试剂和仪器 13

2.3制备六方相WO₃纳米棒 14

2.4 CdS纳米颗粒的制备及附着 14

第三章 CdS/WO₃异质结构纳米晶结构及催化性能的表征 16

3.1 WO₃纳米棒的形貌 16

3.2 CdS纳米颗粒的形貌及附着情况 17

3.3 实验产物的XRD分析 17

参考文献 19

致谢 24

第一章 绪论

1.1研究背景

能源是推动世界经济发展的根本动力，但是当前国际能源结构依然是石油、煤炭、天然气等化石能源。据预测，以目前的消耗速度，地球煤炭资源将在未来200年耗尽^[1]。不仅如此，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发表的气候变化报告表明，以100年内的全球增温趋势估算，在1970年到2004年之间全球每年人为温室气体总排放量增长了70%，而这一数据变化也通过在我们身边频发的异常气候和环境变化来展现出来^[2]。一方面，不可再生的化石能源属于一次能源，其漫长的形成过程是不可重复的，意味着它无法满足持续增长的能源需求；另一方面，化石能源中含有大量的碳、氮和硫等元素，在氧化分解过程中会产生大量的CO₂、NO_x和SO₂等污染物，使得人们的生活受到越来越大的困扰。面对当前严峻的能源形势，世界各国将寻找可再生能源以及实现对环境污染的有效治理视为亟待解决的问题，并对此投入巨大的人力和物力，就可再生清洁能源进行了大量的研究，而在探索可再生能源技术的过程中，科学家对氢能源和太阳能产生了极大的兴趣^[3]。与传统化石能源相比，相同质量的氢气燃烧产生的热量最多，同时燃烧产物是水，不会产生有害物质污染环境，而且氢能源可由水分解获取，地球丰富的水资源可以源源不断地提供氢。太阳能是太阳的热辐射能，人类只要通过光能转换即可将丰富的光照转换为可供直接使用的能源。为了满足实际应用，可再生能源要满足绿色低碳、安全可靠和持续性好的特点，光催化技术应运而生。

光催化是光反应和催化反应的融合，是在光和催化剂共同作用下发生化学反应。1972年Fujishina和Honda发现在紫外光照射下，用波长低于415nm的光照射TiO₂电极时，能够将H₂O分解产生H₂和O₂^[4]。正是这样一个开创性的工作，为人们提供了一条利用绿色氢能源和可持续太阳能的新途径，让人们看到了有效利用太阳能的曙光。半导体电极由于其独特的结构和性能，被认为是最适合发展光解水制氢的催化材料，在其特性被发现后极大激发了后续研究者们的兴趣^[5-7]。

请支付后下载全文，论文总字数：25161字