沸石负载TiO2-CdS复合半导体的制备及光催化制氢研究

论文摘要

光催化制氢是一种环境治理与资源循环利用相结合的技术。开发具有可见光响应、光催化效率高、寿命长的催化剂是本项技术的关键。本文针对粉体TiO2易凝聚,量子产率低,对光的利用率低,以及CdS易光腐蚀等缺点,用溶胶凝胶法制备沸石负载TiO2光催化剂,用离子交换-沉积法制备沸石负载CdS光催化剂,并结合这两种方法制备了沸石负载TiO2-CdS光催化剂。研究了煅烧温度,溶胶沸石配比,交换次数等制备条件对催化剂的影响。用UV-Vis漫反射光谱、XRD、FT-IR、ICP-AES和SEM-EDS等分析手段对其结构和理化性质进行了表征,并考察了其在高压汞灯以及氙灯下光催化制氢性能。表征结果表明,沸石负载TiO2光催化剂煅烧温度为400℃,沸石溶胶配比为1g沸石/5ml溶胶时效果最好,其中TiO2为锐钛矿型,TiO2的引入改变了沸石的表面形貌;沸石负载CdS光催化剂中CdS为六方晶系硫镉矿结构,量子尺寸效应导致UV-Vis光谱吸收边蓝移,交换两次时效果最好;沸石负载TiO2-CdS光催化剂中,UV-Vis光谱吸收边红移,在TiO2峰的基础上出现了CdS对应的吸收峰,其中TiO2是以锐钛矿和金红石型两种晶型共存,CdS没有单独结晶,而是分散到沸石的孔隙或者分散在样品表面。制氢结果表明,沸石负载CdS具有高的电荷分离效率,可有效地抑制光生电子-空穴复合,大大提高了催化剂的性能,并提高其稳定性,使其在较长的反应时间里催化性能没有下降。而沸石/TiO2样负载CdS后产氢量有了较大的提高,说明TiO2与CdS复合后,优势互补,提高了空穴-电子的分离效率。高压汞灯下在反应的6h内沸石/TiO2、沸石/CdS和沸石/TiO2-CdS三者产氢量分别达到2000μmol/g、2300μmol/g和2200μmol/g,氙灯下三者的产氢量分别为700μmol/g、900μmol/g、850μmol/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 光催化分解水制氢的机理
• 1.3 沸石负载光催化剂的研究现状
• 2 光催化剂的研究进展'>1.3.1 沸石负载Ti0₂光催化剂的研究进展
• 1.3.2 沸石负载CdS 光催化剂的研究进展
• 2-CdS 复合半导体光催化剂的研究进展'>1.3.3 Ti0₂-CdS 复合半导体光催化剂的研究进展
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 实验材料与研究方法
• 2.1 实验试剂及常用设备
• 2.1.1 实验所用化学试剂
• 2.1.2 常用仪器与设备
• 2.2 催化剂的表征方法
• 2.2.1 UV-Vis 漫反射光谱
• 2.2.2 X 射线衍射
• 2.2.3 扫描电子显微镜
• 2.2.4 傅立叶变换红外光谱
• 2.2.5 电感耦合等离子体发射光谱
• 2.3 光催化产氢实验
• 2的制备及光催化性能'>第3章 沸石负载Ti0₂的制备及光催化性能
• 2 光催化剂的制备'>3.1 沸石负载Ti0₂光催化剂的制备
• 2 光催化剂的表征'>3.2 沸石负载Ti0₂光催化剂的表征
• 2 光催化剂的UV-Vis 光谱分析'>3.2.1 沸石负载Ti0₂ 光催化剂的UV-Vis 光谱分析
• 2 光催化剂的FT-IR 光谱分析'>3.2.2 沸石负载Ti0₂ 光催化剂的FT-IR 光谱分析
• 2 光催化剂的XRD 分析'>3.2.3 沸石负载Ti0₂ 光催化剂的XRD 分析
• 2 光催化剂的SEM 分析'>3.2.4 沸石负载Ti0₂ 光催化剂的SEM 分析
• 2 光催化剂的光催化产氢性能'>3.3 沸石负载Ti0₂光催化剂的光催化产氢性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 沸石负载CdS 的制备及光催化性能
• 4.1 沸石负载CdS 催化剂的制备
• 4.2 沸石负载CdS 光催化剂的表征
• 4.2.1 沸石负载CdS 光催化剂的UV-Vis 光谱分析
• 4.2.2 沸石负载CdS 光催化剂的FT-IR 光谱分析
• 4.2.3 沸石负载CdS 光催化剂的XRD 分析
• 4.2.4 沸石负载CdS 光催化剂的SEM 分析
• 4.3 沸石负载CdS 光催化剂的光催化产氢性能
• 4.4 本章小结
• 2-CdS 的制备及光催化性能'>第5章 沸石负载Ti0₂-CdS 的制备及光催化性能
• 2-CdS 光催化剂的制备'>5.1 沸石负载Ti0₂-CdS 光催化剂的制备
• 2-CdS 光催化剂的表征'>5.2 沸石负载Ti0₂-CdS 光催化剂的表征
• 2-CdS 的UV-Vis 光谱分析'>5.2.1 沸石负载Ti0₂-CdS 的UV-Vis 光谱分析
• 2-CdS 的FT-IR 光谱分析'>5.2.2 沸石负载Ti0₂-CdS 的FT-IR 光谱分析
• 2-CdS 的XRD 分析'>5.2.3 沸石负载Ti0₂-CdS 的XRD 分析
• 2-CdS 的SEM 分析'>5.2.4 沸石负载Ti0₂-CdS 的SEM 分析
• 2-CdS 光催化剂的光催化产氢性能'>5.3 沸石负载Ti0₂-CdS 光催化剂的光催化产氢性能
• 2-CdS 的表征与制氢性能研究'>5.4 分散法制备沸石负载Ti0₂-CdS 的表征与制氢性能研究
• 2-CdS 的表征'>5.4.1 分散法制备沸石负载Ti0₂-CdS 的表征
• 2-CdS 的产氢性能'>5.4.2 分散法制备沸石负载Ti0₂-CdS 的产氢性能
• 2-CdS 的作用机理探讨'>5.5 沸石负载Ti0₂-CdS 的作用机理探讨
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢