多孔MIn2S4（M=Zn，Cd）光催化剂的制备、表征与光催化性能研究

论文摘要

本文以不同的表面活性剂为软模板剂,采用水热法合成出ZnIn2S4、CdIn2S4多孔光催化剂,以及过渡金属离子掺杂n-MIn2S4 (M= Zn, Cd; n= Cr3+, Mn2+, Cu2+)光催化剂。考察了模板剂、反应液pH、反应溶剂、水热温度、水热时间等因素对MIn2S4 （M= Zn, Cd）多孔光催化剂的结构及光催化性能的影响。通过XRD、FESEM、EDS、UV-Vis、N2吸附-脱附、XPS等分析手段对光催化剂进行表征,考察其在可见光（λ>400 nm）下的催化产氢性能。采用水热法制备的ZnIn2S4光催化剂为六方层状结构,具有裂隙孔结构的花型微球。实验表明,以溴代十六烷基吡啶（CPBr）为模板剂,CPBr用量0.21 g,反应液pH=2.0,水热处理温度140℃,水热时间12 h时,所制备的ZnIn2S4多孔光催化剂产氢性能最佳,平均产氢速率为1544.8μmol/（h·g）。CdIn2S4多孔光催化剂为立方晶相结构。催化剂的最佳制备条件为:模板剂SDS用量0.57 g,水为溶剂,水热温度为140℃,水热时间12 h。所制备的CdIn2S4光催化剂在可见光下的最高产氢速率为527.5μmol/（h·g）。掺杂型n-MIn2S4 (M= Zn, Cd; n= Cr3+, Mn2+, Cu2+)光催化剂表现出了更高的产氢活性。掺杂离子对催化剂的晶体结构、表面形貌和光学性能有重要影响。可见光催化产氢实验结果表明,Mn2+（0.5%）-ZnIn2S4和Mn2+（0.7%）-CdIn2S4光催化剂表现出最佳产氢性能,平均产氢速率分别为3286.4μmol/（h·g）和1296.2μmol/（h·g）。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多孔金属硫化物光催化剂的物理化学性质
• 1.1.1 形貌结构
• 1.1.2 光电性能
• 1.1.3 催化性能
• 1.2 多孔金属硫化物光催化剂的常用制备方法
• 1.2.1 溶剂热（水热）法
• 1.2.2 沉淀法
• 1.2.3 高温分解法
• 1.2.4 溶胶-凝胶法
• 1.2.5 电化学法
• 1.2.6 微波法
• 1.2.7 模板法
• 1.3 多孔金属硫化物光催化剂的表征方法
• 1.3.1 X 射线衍射（XRD）
• 2 吸附-脱附分析（BET）'>1.3.2 N₂吸附-脱附分析（BET）
• 1.3.3 场发射扫描电镜（FESEM）
• 1.3.4 透射电镜（TEM）
• 1.3.5 紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）
• 1.3.6 X 射线光电子能谱（XPS）
• 1.4 多孔金属硫化物光催化剂的研究进展
• 1.4.1 二元多孔金属硫化物
• 1.4.2 多元多孔金属硫化物
• 1.5 本论文的课题来源、实验内容设计和创新点
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 实验内容设计
• 1.5.3 本论文的创新点
• 第2章 实验材料和研究方法
• 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 X 射线衍射（XRD）
• 2.2.2 场发射扫描电镜（FESEM）
• 2 吸附-脱附分析'>2.2.3 N₂吸附-脱附分析
• 2.2.4 紫外可见（UV-Vis）漫反射光谱
• 2.2.5 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2.3 可见光催化产氢反应性能评价
• 2.3.1 可见光催化产氢反应的实验装置
• 2.3.2 可见光催化产氢反应
• 2S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>第3章 ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 3.1 引言
• 2S₄ 多孔光催化剂的制备'>3.2 ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备
• 2S₄ 多孔光催化剂的表征'>3.3 ZnIn₂S₄多孔光催化剂的表征
• 3.3.1 XRD 分析
• 3.3.2 FESEM 分析
• 3.3.3 EDS 分析
• 3.3.4 N2 吸附-脱附分析
• 3.3.5 UV-Vis 分析
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与光催化性能的影响'>3.4 制备条件对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与光催化性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>3.4.1 CPBr 浓度对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>3.4.2 水热温度对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>3.4.3 水热时间对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>3.4.4 pH 对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 3.5 本章小结
• 3+、Mn²⁺、Cu²⁺)掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>第4章 过渡金属离子(Cr³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺)掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 4.1 引言
• 3+掺杂ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>4.2 Cr³⁺掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 3+掺杂ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备'>4.2.1 Cr³⁺掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备
• 3+掺杂对ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>4.2.2 Cr³⁺掺杂对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 3+掺杂对ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的产氢性能影响'>4.2.3 Cr³⁺掺杂对ZnIn₂S₄多孔光催化剂的产氢性能影响
• 2+掺杂ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备与光催化性能研'>4.3 Mn²⁺掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研
• 2+掺杂ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的制'>4.3.1 Mn²⁺掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制
• 2+掺杂对ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影'>4.3.2 Mn²⁺掺杂对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影
• 2+掺杂对ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的产氢性能影'>4.3.3 Mn²⁺掺杂对ZnIn₂S₄多孔光催化剂的产氢性能影
• 2+掺杂ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>4.4 Cu²⁺掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 2+掺杂ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备'>4.4.1 Cu²⁺掺杂ZnIn₂S₄多孔光催化剂的制备
• 2+掺杂对ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>4.4.2 Cu²⁺掺杂对ZnIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2+掺杂对ZnIn₂S₄ 多孔光催化剂的产氢性能影响'>4.4.3 Cu²⁺掺杂对ZnIn₂S₄多孔光催化剂的产氢性能影响
• 4.5 本章小结
• 2S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>第5章 CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 5.1 引言
• 2S₄ 多孔光催化剂的制备'>5.2 CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备
• 2S₄ 多孔光催化剂的表征'>5.3 CdIn₂S₄多孔光催化剂的表征
• 5.3.1 XRD 分析
• 5.3.2 FESEM 分析
• 5.3.3 EDS 分析
• 5.3.4 N2 吸附-脱附分析
• 5.3.5 UV-Vis 分析
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与光催化性能的影响'>5.4 制备条件对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与光催化性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>5.4.1 水热时间对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>5.4.2 SDS 浓度对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>5.4.3 溶剂对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>5.4.4 模板剂对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 5.5 微球形成机理的初步探讨
• 5.6 本章小结
• 3+、Mn²⁺、Cu²⁺)掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>第6章 过渡金属离子(Cr³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺)掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 6.1 引言
• 3+掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>6.2 Cr³⁺掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 3+掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备'>6.2.1 Cr³⁺掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备
• 3+掺杂对CdIn₂S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>6.2.2 Cr³⁺掺杂对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 3+掺杂对CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的产氢性能影响'>6.2.3 Cr³⁺掺杂对CdIn₂S₄多孔光催化剂的产氢性能影响
• 2+掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备与光催化性能研'>6.3 Mn²⁺掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研
• 2+掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的制'>6.3.1 Mn²⁺掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制
• 2+掺杂对CdIn₂S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影'>6.3.2 Mn²⁺掺杂对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影
• 2+对掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的产氢性能影'>6.3.3 Mn²⁺对掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的产氢性能影
• 2+掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备与光催化性能研究'>6.4 Cu²⁺掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备与光催化性能研究
• 2+掺杂CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的制备'>6.4.1 Cu²⁺掺杂CdIn₂S₄多孔光催化剂的制备
• 2+掺杂对CdIn₂S₄ 多孔光催化剂结构与性能的影响'>6.4.2 Cu²⁺掺杂对CdIn₂S₄多孔光催化剂结构与性能的影响
• 2+掺杂对CdIn₂S₄ 多孔光催化剂的产氢性能影响'>6.4.3 Cu²⁺掺杂对CdIn₂S₄多孔光催化剂的产氢性能影响
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文及专利