硫化锌镉制氢光催化剂的研究进展

随着传统石化能源日益耗竭及其带来的环境污染增加,人们正在寻求可替代的、更为清洁的新能源。氢能因其高效、清洁以及广泛应用前景而受到普遍关注。在传统制氢技术中,使用最为广泛的是化石燃料制氢技术。但是,这种技术所造成的能耗和温室气体释放量都非常大。相比之下,光催化制氢技术则是将太阳能转化为氢能,并以化学的形式储存起来。它具有高效转换能力、零碳排放、可持续性和良好的再循环能力等优点,因此成为未来制氢的重要方向。常见的光催化剂包括TiO2、ZnO、ZrO2、CdS等多种金属氧化物和硫化物的半导体材料。其中,金属硫化物因为具有良好的可见光响应、适宜的能带结构、原料丰富和制备简单等优点,被视为一种具备良好光催化性能和实际应用前景的产氢材料。然而,金属硫化物在反应过程中易发生光生载流子复合、光腐蚀等,影响其光催化性能。本文详细阐述了光催剂硫化锌镉的光催化产氢过程,对其产氢性能以及稳定性相关研究进行了总结,并探讨了制约该技术发展的挑战和未来方向。

硒化镉/硫化锌量子点对HepG2细胞增殖和凋亡相关蛋白的影响

目的:以人肝癌HepG2细胞为对象,研究硒化镉,硫化锌(cdSe/ZnS)量子点对肝癌细胞的毒性及其机制。方法:用透射电子显微镜观察CdSe/ZnS量子点的微观结构,用荧光分光光度计测量CdSe/ZnS量子点的吸收和发射光谱。将HepG2细胞分为3组,2个实验组分别与0.5、5 nmol/L CdSe/ZnS量子点共孵育,对照组不作处理。采用激光共聚焦显微镜观察共孵育4 h后细胞对量子点的摄取情况和量子点在细胞中的定位,用流式细胞术检测细胞对量子点的摄取率;用四甲基噻唑蓝(MTT)法检测共孵育24和48 h后CdSe/ZnS量子点对HepG2细胞增殖的影响;用Western blot法检测共孵育4 h后CdSe/ZnS量子点对HepG2细胞凋亡相关蛋白Caspase-9和Caspase-3的影响。结果:CdSe/ZnS量子点粒径小且分散性好,吸收光谱宽发射光谱窄而对称。0.5和5 nmol/L的CdSe/ZnS量子点处理4 h后均可被HepG2细胞摄取并定位于胞浆内,且摄取率达到99%以上。0.5、5 nmol/L CdSe/ZnS量子点处理24 h后,细胞相对存活率分别为99.2%±5.1%、99.5%±7.0%,与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05);0.5、5 nmol/LCdSe/ZnS量子点处理48 h后,细胞相对存活率分别为91.6%±3.2%和75.1%±4.6%,显著低于对照组(P<0.05或P<0.01)。Western blot结果显示,与对照组相比,实验组HepG2细胞凋亡相关蛋白Caspase-9和Caspase-3表达量均增加。结论:CdSe/ZnS量子点可被HepG2细胞摄取并抑制HepG2细胞的增殖,此抑制作用可能与其诱导细胞凋亡相关蛋白表达有关。

连续离子层吸附反应法制备(Zn,Cd)S薄膜及其性能

采用液相薄膜制备工艺———连续离子层吸附反应法(successiveioniclayeradsorptionandreaction,SILAR),在室温下,使用混合阳离子前驱体于玻璃衬底上制备了(Zn,Cd)S薄膜。采用X射线光电子谱分析薄膜的成分,测定紫外透射光谱,分析不同成分对薄膜光电性能的影响,并使用环境扫描电镜对薄膜的表面形貌进行观察。实验结果表明:SILAR法制备薄膜的生长速率约为3nm/cycle。(Zn,Cd)S薄膜的成分偏离前驱体溶液中的n(Zn)/n(Cd)值,表现为Cd含量偏大,这与CdS和ZnS二者的溶度积不同有关。随着Cd含量的增加,薄膜的透射率和禁带宽度降低,电导率增大。通过控制前驱体混合溶液中不同阳离子间的比例可以得到带宽可调的复合硫化物薄膜。

加压浸出-电积法生产阴极铜的实践

结合风淬冰铜采用加压浸出→高效电积→旋流电积→硫化沉铜分离锌镉工艺生产阴极铜的实例,介绍了该工艺的主要工序和设备,以及生产操作和主要技术经济指标,该厂的生产实践表明,采取加压浸出→高效电积→旋流电积→硫化沉铜分离锌镉工艺从风淬冰铜生产阴极铜,和火法工艺相比,具有流程简单,环境污染小,作业环境好,劳动强度低,有价金属回收率高等特点,阴极铜产品质量达到了一级铜的标准,经济效益十分显著。

碱化辅助水热法制备高活性CdZnS可见光催化剂

利用碱化辅助水热法制备Cd Zn S固溶体可见光催化剂CZS-r[r=n(Na OH)/2n(Cd2++Zn2+)].采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附仪和紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等对材料的晶体结构、微观结构及带隙能量(Eg)进行了表征.结果表明,碱化辅助能有效减小晶体的粒径,提高颗粒的分散性,增大材料的比表面积,并使得材料的带隙宽度变大,最值得注意的是,晶体中堆叠层错结构具有的独特界面电位能有效分离光生电子和空穴,阻碍其复合,从而显著提高材料的可见光催化制氢活性.材料的可见光(λ≥420 nm)催化还原制氢实验结果表明,CZS-0.5的5 h平均产氢速率为2154μmol/(h·g),是CZS-0[72μmol/(h·g)]的29.92倍.

等离子体共振协同S-scheme电荷转移促进W_(18)O_(49)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S高效光催化产氢

硫化锌镉(Cd_(1-x)Zn_(x)S,0<x<1)固溶体作为一种可见光响应光催化剂,因能带结构可调和光解水产氢活性优异而备受关注.如何进一步拓展Cd_(1-x)Zn_(x)S太阳光响应范围,提高光生电子与空穴利用效率是当前的研究热点.本文采用溶剂热法分别制备了Cd_(0.5)Zn_(0.5)S纳米棒和W_(18)O_(49)纳米颗粒,然后借助超声辅助静电自组装策略成功获得具有紫外-可见-近红外光响应的W_(18)O_(49)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S异质结.分析表明,W_(18)O_(49)晶格氧空位周围过量自由电荷的集体振荡,引起强烈的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收现象,使其对500~800 nm范围的光产生明显吸收,使体系具有紫外至近红外光响应能力;而且W_(18)O_(49)作为一种氧化型半导体材料,可与还原型Cd_(0.5)Zn_(0.5)S半导体之间形成S-scheme异质结,在内建电场、能带弯曲和静电相互作用下有效促进了光生电子和空穴的分离,并能保留强的氧化还原能力.对比实验发现,常温下以Na_(2)S/Na_(2)SO_(3)为牺牲剂,全光谱照射下,20%-W_(18)O_(49)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S的产氢速率可达147.7mmol·g^(-1)·h^(-1),是Cd_(0.5)Zn_(0.5)S纳米棒单体的2.1倍;可见光下,复合样品的产氢活性约为Cd_(0.5)Zn_(0.5)S单体的1.89倍;近红外光下,Cd_(0.5)Zn_(0.5)S单体无产氢活性,而异质结的产氢速率约为0.2 mmol·g^(-1)·h^(-1).进一步对样品波长依赖性研究发现,当365、400、450 nm的入射光仅能引起W18O49和Cd0.5Zn0.5S的带间激发时,它们的复合样品比Cd_(0.5)Zn_(0.5)S表现出更优异的产氢活性;当λ=550、600、650 nm以及>800 nm的入射光仅能引起W_(18)O_(49)的LSPR效应时,Cd_(0.5)Zn_(0.5)S单体无活性,而W_(18)O_(49)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S仍具有较高的催化性能、但随着波长的增大产氢速率逐渐降低,与复合样品瞬态光电流强度的变化趋势吻合良好.以上结果表明,W_(18)O_(49)与Cd_(0.5)Zn_(0.5)S二者形成的S-scheme界面异质结有效抑制了光生载流子的表面复合,且当入射光不足以引起带间激发时,W_(18)O_(49)的LSPR效应产生的"热电子"可有效注入到Cd_(0.5)Zn_(0.5)S,从而引起表面催化反应.进一步研究发现,当将反应温度从25提高到60°C时,20%-W_(18)O_(49)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S在全光谱下的产氢速率可提高到306.1mmol·g^(-1)·h^(-1),表明温度对光催化产氢过程具有不可忽视的影响,可通过增强表面反应速率显著提高产氢活性.总之,本文通过一种简便方法获得了具有紫外-可见-近红外响应的S型W_(18)O_(49)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S异质结光催化剂,详细对比了不同波段下样品的光电特性及催化活性,最终在S-scheme电荷转移机制和LSPR"热电子"注入过程的协同作用下,复合样品活性比Cd_(0.5)Zn_(0.5)S单体有了明显提高.

巯基乙酸稳定的CdSe/ZnS核壳结构量子点的制备与表征

用非均相成核原理,在水溶液中制备CdSe/ZnS核壳结构量子点,并研究合成工艺,包括前驱物的滴加方式和用量、CdSe核的水浴反应时间、CdSe与ZnS的摩尔比等因素对CdSe/ZnS核壳结构量子点荧光性能的影响。用透射电子显微镜和X射线衍射仪测试核壳结构量子点的形貌和结构。用紫外吸收光谱与荧光光谱表征CdSe/ZnS核壳结构量子点的荧光性能。结果表明:ZnS壳层在CdSe核量子点表面外延生长,形成了核壳结构;CdSe/ZnS核壳结构量子点的荧光性能明显高于单一的CdSe量子点;合成的工艺条件会显著影响CdSe/ZnS核壳结构量子点的荧光性能。

孪晶Zn_(0.5)Cd_(0.5)S/Ru_(2)S_(3)-PSⅡ体系的组装及其光催化全分解水应用研究

本文通过水热方法制备了孪晶硫化锌镉材料。从新鲜菠菜中提取并纯化光系统Ⅱ(PSⅡ)水氧化酶,并利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)电泳对PSⅡ内部各类蛋白质进行分析标定。利用光沉积方法对Zn0.5Cd0.5S材料进行硫化钌(Ru2S3)负载,并以Zn_(0.5)Cd_(0.5)S/Ru_(2)S_(3)作为产氢材料,PSⅡ作为产氧材料,组装成人工-自然型Z-scheme体系。该体系在可见光照射下,能以13.82 mmol·h-1的产氢速率、6.01 mmol·h^(-1)的产氧速率光催化全分解水,产生的H2∶O2摩尔比接近理论比例2∶1。

不同前驱体制备CdSe/ZnS量子点及其性能研究

分别使用Na2SO3和NaBH4制备Se的前驱体,进一步合成了两种发射不同波长荧光的CdSe/ZnS量子点。采用X射线衍射、荧光光谱、紫外光谱、透射电镜等表征手段,比较了2种体系制得量子点的性能,并考察了包裹反应时间、反应物配比对性能的影响。结果表明,NaBH4体系得到的产物纯度更高,量子点粒径更小,且在反应速度和荧光强度两方面均优于Na2SO3体系;增加巯基乙酸,CdCl2.2.5H2O和NaBH4的量有助于荧光强度的提高,而Na2SO3的量对荧光强度影响不大。

铅基卤化物钙钛矿太阳电池的模拟研究

多元硫化物Cd_(0.5)Zn_(0.5)S和氧化亚铜Cu_(2)O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu_(2)O和Cd_(0.5)Zn_(0.5)S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明:当光吸收层(CH_(3)NH_(3)PbI_(3))厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm;当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×10^(14) cm^(-3)时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小;此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为:开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm^(2),填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu_(2)O/CH_(3) NH_(3)PbI_(3)/Cd_(0.5)Zn_(0.5)S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。

ZnS:Cu^(2+)(1%)Cd^(2+)(x%)量子点的制备及光学性质研究

利用水热法制备纤锌矿结构Zn0. 99-xCu0. 01CdxS量子点.实验结果表明:Cu^(2+)和Cd^(2+)均取代了Zn2+的位置掺入到Zn S的晶格中,且其尺寸约为(4. 0±1. 0) nm. Zn S:Cu^(2+)(1%) Cd^(2+)(x%)量子点光学性质研究表明,量子点具有来自于Cu^(2+)离子3d轨道以及深能级Cd^(2+)空位的跃迁发射峰,且随着Cd^(2+)离子掺杂浓度的增加其发光强度降低.这可能因为随着Cd^(2+)掺杂浓度的增加,缺陷中心增加,非辐射复合过程增加,致使发射峰强度降低.