论文总字数：22418字

摘 要

如今的能源匮乏和环境污染问题日益严重，这使得光催化成为一项绿色有前景的技术，该技术的重点是寻找高效且稳定的光催化剂。目前科学家们对众多光催化材料做了较多的研究，但大多存在效率不高或者不稳定的缺点。因此近 年来研究者们依旧着重于寻找高效稳定的光催化剂，本实验通过两步水热法制备了MoS₂-SnO₂复合光催化剂，并研究了它的复合效果与性能。与传统的单一催化材料相比，复合催化剂可以将两种或两种上材料的各自优点结合起来，所以该实验制备的MoS₂-SnO₂复合光催化剂也比纯MoS₂和SnO₂性能更突出。

关键词：光催化 MoS₂ SnO₂ 复合

Preparation and photocatalytic properties of MoS₂-SnO₂ composite catalyst

Abstract

Nowadays, the problem of energy shortage and environmental pollution is becoming more and more serious, which makes photocatalysis a green and promising technology. The focus of this technology is to find efficient and stable photocatalyst. At present, scientists have done a lot of research on many photocatalytic materials, but most of them are inefficient or unstable. Therefore, in recent years, researchers still focus on the search for efficient and stable photocatalyst. In this experiment, MoS₂ -SnO₂ Composite Photocatalyst was prepared by two-step hydrothermal method, and its composite effect and performance were studied. Compared with the traditional single catalytic material, the composite catalyst can combine the advantages of two or two materials, so the performance of MoS₂ -SnO₂ Composite Photocatalyst Prepared in this experiment is more outstanding than that of pure MoS₂ and SnO₂.

Keywords：photocatalysis; MoS₂; SnO₂; composite

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 光催化技术 1

1.1.2 光催化剂研究进展 2

1.2 MoS₂的介绍 4

1.2.1 MoS₂的晶体结构 4

1.2.2 MoS₂的基本特性 5

1.2.3 MoS₂基复合光催化剂 6

1.3 SnO₂的介绍 7

1.3.1 SnO₂的结构与特性 7

1.3.2 SnO₂的研究现状 7

1.4 MoS₂/SnO₂复合催化剂研究现状 8

第二章 实验方案设计与表征方法 10

2.1 实验方案设计 10

2.1.1 实验方法 10

2.1.2 实验试剂与设备 10

2.1.3 样品制备与实验流程 11

2.1.4 对照实验设置 14

2.2 样品表征方法 14

2.2.1 样品晶体结构与形貌分析 14

2.2.2 样品光催化性能表征 15

第三章 样品表征分析预测 16

3.1 实验一的表征分析 16

3.1.1 MoS₂样品分析 16

3.1.2 MoS₂/SnO₂样品分析 16

3.2 实验二的表征分析 17

3.2.1 SnO₂样品分析 17

3.2.2 MoS₂/SnO₂样品分析 18

3.3 反应条件对MoS₂样品的影响 18

3.3.1 反应时间对MoS₂的影响 19

3.3.2 反应温度对MoS₂的影响 19

3.3.3 钼酸铵与硫脲配比对MoS₂的影响 19

3.3.4 溶液pH对MoS₂的影响 19

第四章 光催化性能研究 21

4.1 光催化性能检测试验 21

4.2 吸收光谱分析 21

4.3 实验结果分析 22

第五章 结论 23

参考文献 24

致谢 28

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 光催化技术

当代社会随着经济和工业的快速发展，化学燃料的使用日益增多，这也使得能源匮乏和环境污染成为阻碍人类发展的两大主要问题。开发新能源尤其是高效利用资源丰富、绿色廉价的太阳能成为如今科学家们的热点研究方向。在探究如何更有效使用太阳能的过程中，光催化技术被认为是目前解决两大问题的最具前景且绿色环保的技术手段之一。自从1972年藤岛昭（Fujishima）和本多建一（Honda）发现二氧化钛表面的水在紫外光的照射下被分解为氢气和氧气，1977年Frank和Bard发现用二氧化钛可以分解水里的氰化物，之后的几十年里对于光催化的研究一直持续不断的进行着^{[1, 2]}光催化技术基本原理是当足够的光能激发催化剂时，光催化剂产生电子-空穴对并扩散到物质表面进行氧化还原反应，利用太阳光驱动一系列的化学反应。即吸收光能并将其转换为化学能，该技术显示出了良好的应用前景，它的开发和应用受到了世界范围内的广泛关注。目前，光催化效率成为影响该技术的重要因素之一。而光催化剂的选择将会直接很大程度影响光催化效率，因此，为实现光催化技术的实际应用，其关键是找到高效且稳定的光催化剂。光催化剂分为金属氧化物、金属硫化物、铋基光催化剂、银基光催化剂、g-C₃N₄、元素半导体光催化剂以及其他光催化剂几类。

光催化剂主要为半导体材料，而进行光催化反应时电子空穴是处于分离还是复合状态对整个光催化反应的效果至关重要。一种材料是否可以作为导体，我们通常是通过其导带和价带之间的能量差即带隙来判定的。当吸收的光能大于等于带隙能量时，电子会从价带激发到导带。导带产生电子，在价带留下空穴。通常电子空穴对会复合产生中性体，以光能、热能或其他形式能量散发。而存在表面俘获剂或表面缺陷态时，它们的复合就会因此受到阻碍，从而扩散到材料表面发生氧化还原反应，顺利将光能转换为化学能。^[3]因此，近年来对于光催化剂的研究，不再局限于传统单一的催化剂，如纯TiO₂、ZnO₂和MoS₂等。着重探究材料受到光能的激发后，如何降低电子空穴复合速率、提高光催化效率与稳定性等问题。

1.1.2 光催化剂研究进展

1．金属氧化物光催化剂介绍

TiO₂是一种典型的半导体光催化剂，能够在常温常压下进行催化反应。具有物理化学性能稳定、光催化活性高、廉价、易于回收、不产生二次污染等优点，故而在环境问题的防控和治理方面有着良好的应用。^[4]但TiO₂的带隙较宽，大约为3~3.2ev，且其可利用的地球表面总能量不超过总能量的5%，因此二氧化钛并不是一种理想的光催化材料。同时，TiO₂的电子空穴对容易复合，导致光催化效率较低。这些因素都限制了TiO₂的进一步发展。^[3]因此，近年来对TiO₂的研究主要是通过掺杂和复合等方式改善其光催化效率和光催化稳定性。

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